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具有故障限流功能的线间直流潮流控制器及其控制方法

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电力系统自动化 2021年第23期45卷 132-140页

作者：黄昕昱徐千鸣拓超群吕铭晟谢宁湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心湖南省长沙市410082 中国南方电网有限责任公司广东省广州市510000

针对多端直流输电系统潮流调节和故障电流抑制两大难题,提出一种具有故障限流功能的线间直流潮流控制器(IDCPFC),可以实现线路电流灵活调节和直流故障电流抑制。首先,介绍了IDCPFC的拓扑结构、工作原理和等效电路,该结构具有模块化、可... 详细信息

针对多端直流输电系统潮流调节和故障电流抑制两大难题,提出一种具有故障限流功能的线间直流潮流控制器(IDCPFC),可以实现线路电流灵活调节和直流故障电流抑制。首先,介绍了IDCPFC的拓扑结构、工作原理和等效电路,该结构具有模块化、可拓展的优势,在此基础上提出了电压、电流分时控制方法。然后,分析了所提IDCPFC在直流短路故障工况下的运行特性,提出了闭锁降压限流方法和过压旁路保护策略,研究了故障电流抑制能力的影响因素及参数选取。最后,在PLECS中建立了三端直流系统的仿真模型,仿真结果证明了所提IDCPFC在潮流控制、功率阶跃和故障限流工况下的有效性,并研制了小型样机验证了IDCPFC的潮流调节和故障限流功能。

关键词：多端直流输电系统直流潮流控制器模块化故障限流电容电压控制实验样机

具备故障限流及断路功能的复合型直流潮流控制器

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中国电机工程学报 2020年第13期40卷 4244-4255页

作者：许建中李馨雨宋冰倩赵成勇新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

直流电网中,潮流控制和故障保护问题通常由直流潮流控制器和直流断路器分别解决。为了减少设备数量,降低建设成本,提出一种具有故障限流与断路能力的复合型直流潮流控制器。首先,分析该复合型设备的拓扑结构及运行原理,并给出在正常工... 详细信息

直流电网中,潮流控制和故障保护问题通常由直流潮流控制器和直流断路器分别解决。为了减少设备数量,降低建设成本,提出一种具有故障限流与断路能力的复合型直流潮流控制器。首先,分析该复合型设备的拓扑结构及运行原理,并给出在正常工作状态与线路故障状态下设备的控制策略。其次,分阶段对新拓扑的潮流控制、故障限流及断路过程进行理论解析。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建单端换流站和四端直流电网模型进行仿真,验证了理论解析计算的正确性。同时,仿真结果表明,该设备可在正常工作状态下进行潮流控制,线路故障状态下进行故障电流抑制和故障线路切除。

关键词：直流电网潮流控制故障限流直流断路器复合装置

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柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

电力自动化设备 2020年第4期40卷 9-16页

作者：刘剑何雨微徐祥海唐剑邰能灵杨翾国网浙江省电力有限公司杭州供电公司浙江杭州310016 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和... 详细信息

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。

关键词：柔性直流电网保护直流线路故障隔离故障限流

双极MMC-HVDC系统故障限流及换流器快速重启策略研究

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中国电机工程学报 2017年第S1期37卷 21-29页

作者：王江天王兴国马静周泽昕新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院) 北京市海淀区100192

随着模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的快速发展,远距离大容量架空线直流输电系统随之出现。相比于电缆线路,架空线输电易发生短路、闪络等瞬时故障,必须采取相应措施限制故障电流,避免... 详细信息

随着模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的快速发展,远距离大容量架空线直流输电系统随之出现。相比于电缆线路,架空线输电易发生短路、闪络等瞬时故障,必须采取相应措施限制故障电流,避免系统停运。针对架空线真双极MMC-HVDC系统,分别从交流系统和换流阀的角度分析架空线路单极接地故障的等值电路模型和故障特性,推导故障电流的解析表达式。提出了一种新型故障限流模块,可有效抑制闭锁后短路电流幅值。依靠该限流模块的限流能力,设计了换流站快速重启策略。仿真结果证明,该限流方案可有效限制桥臂电流的大小及上升速率,消除系统交流侧及换流器内部续流二极管的过流危害,减小直流断路器的动作难度,加速故障极换流站重启,减少系统停运时间。

关键词：模块化多电平换流器直流输电真双极系统架空线故障限流换流站重启

考虑暂态功角稳定和故障限流的并网逆变器下垂暂态控制策略

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电力系统保护与控制 2023年第23期51卷 59-70页

作者：杨欢红焦伟黄文焘施颖严灵杰上海电力大学上海200090 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240 国网上海市电力公司市区供电公司上海200080

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性... 详细信息

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性的影响以及暂态功角、短路电流与逆变器输出电压三者之间的关系。其次,以暂态功角稳定和故障限流为控制目标,通过在有功控制回路中引入暂态功角动态补偿项、在无功控制回路自适应调整电压参考指令值进行综合控制。最后,通过仿真实验验证了所提出控制策略不仅可以抑制故障过程中不平衡功率造成的功角持续增大和故障过电流,并一定程度上增加了故障期间无功功率,有利于故障电压恢复,从而实现下垂控制型逆变器在电网故障时的安全稳定运行。

关键词：下垂控制暂态功角稳定故障限流不平衡功率电压恢复

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二硼化钛颗粒材料的电阻变化特性及其在故障限流中的应用

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高电压技术 2023年第1期49卷 188-197页

作者：董恩源朱玉王永兴张立岩朱宇豪杜广波大连理工大学电气工程学院大连116024 中国联合工程有限公司杭州310052

二硼化钛(TiB2)颗粒材料具有故障限流的潜力。为实现这个目标,对颗粒材料的限流特性进行了研究。首先对压力-电阻关系进行了分析,二者满足幂函数关系。然后制作基于颗粒材料的样机,通过试验研究了材料尺寸和机构速度对限流效果的影响,... 详细信息

二硼化钛(TiB2)颗粒材料具有故障限流的潜力。为实现这个目标,对颗粒材料的限流特性进行了研究。首先对压力-电阻关系进行了分析,二者满足幂函数关系。然后制作基于颗粒材料的样机,通过试验研究了材料尺寸和机构速度对限流效果的影响,发现材料尺寸越大、速度越快,限流效果越好。为进一步验证材料的限流能力,对材料的耐压特性进行测量,发现颗粒材料电压存在一个饱和值,该值取决于颗粒尺寸与材料性质。最后在PSCAD中建立颗粒材料电阻模型,对材料在电力系统中的限流效果进行仿真。仿真结果表明:颗粒材料与电抗器并联限流的方案可行性更高,可将故障电流峰值从34 kA限制到25.9 kA。该研究为颗粒材料在故障限流中的应用提供了参考。

关键词：故障限流颗粒物质二硼化钛饱和电压电流转移电阻变化特性

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模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略

电力系统自动化 2021年第17期45卷 126-133页

作者：樊强赵西贝赵成勇许建中新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市102206

直流断路器(DCCB)的造价和体积与其开断电流大小密切相关。文中从降低DCCB的开断电流层面出发,设计了适用于半桥模块化多电平换流器(MMC)故障限流的自适应限流控制器。通过在直流故障工况下调整MMC直流电压和子模块电容电压参考值,可自... 详细信息

直流断路器(DCCB)的造价和体积与其开断电流大小密切相关。文中从降低DCCB的开断电流层面出发,设计了适用于半桥模块化多电平换流器(MMC)故障限流的自适应限流控制器。通过在直流故障工况下调整MMC直流电压和子模块电容电压参考值,可自动快速限制故障电流发展速度。采用数学解析的方法对自适应控制器的限流原理进行了分析。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端柔性直流电网进行仿真验证。仿真结果表明:相比于无任何限流措施的控制方案,自适应限流控制可有效降低断路器的开断电流,明显减少避雷器吸收的能量,同时可加快故障后的系统恢复。

关键词：半桥模块化多电平换流器直流电网直流断路器自适应控制器故障限流开断电流系统恢复

考虑故障限流的下垂控制型逆变器暂态控制策略

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电工技术学报 2022年第14期37卷 3676-3687页

作者：葛平娟肖凡涂春鸣陈乐祺周达湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心长沙410082 江苏省电力有限公司营销服务中心南京210019

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为... 详细信息

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为两个独立问题进行解决,鲜有研究兼顾功角控制与故障电流控制对下垂控制型逆变器展开综合调控。基于此,首先,对下垂控制型逆变器暂态特性展开分析,详细阐述电流限幅环节与无功-电压环路对逆变器暂态特性的影响。接着,提出兼顾故障限流与功角稳定性的下垂控制型逆变器暂态控制方法。所提方法综合考虑故障期间电网电压与逆变器端电压的变化,通过对有功-频率环路的优化调控实现功角稳定控制。此外,在功角控制的基础上,改进无功-电压环路控制实现故障电流的有效抑制。最后,通过仿真与实验验证了该文所提方法的有效性。

关键词：下垂控制型逆变器暂态特性分析故障限流暂态控制

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考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法

电力自动化设备 2023年第9期43卷 55-62,94页

作者：涂春鸣杨万里肖凡郭祺何西湖南大学国家电能变换与控制工程研究中心湖南长沙410082 湖南工学院电气与信息工程学院湖南衡阳421002

当电网发生严重故障时,虚拟同步发电机(VSG)易发生功角失稳并导致故障电流越限,现有方法大多忽略功角失稳与故障过流之间的内在关联性而将二者单独处理,导致二者难以同时解决.为此,分析了VSG的暂态功角特性和故障电流特性,阐释了产生上... 详细信息

当电网发生严重故障时,虚拟同步发电机(VSG)易发生功角失稳并导致故障电流越限,现有方法大多忽略功角失稳与故障过流之间的内在关联性而将二者单独处理,导致二者难以同时解决.为此,分析了VSG的暂态功角特性和故障电流特性,阐释了产生上述问题的原因及相互关系;基于相图理论分析了多影响因素下VSG的暂态功角稳定性,提出了一种考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法,该方法在自适应调节有功功率指令以保持功角稳定的基础上联合调节无功调压系数,并引入准静态近似虚拟阻抗,同时实现了故障期间VSG的暂态功角稳定和全故障限流.仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性.

关键词：虚拟同步发电机对称短路故障暂态功角稳定控制故障限流电压跌落联合调节