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电力系统保护与控制 2024年第11期52卷 93-101页

作者：刘宇昂戴志辉杨明玉李铁成华北电力大学电力工程系河北保定071003 国网河北省电力有限公司电力科学研究院河北石家庄050021

柔性直流电网在直流侧发生短路故障后,故障电流迅速达到较大峰值,严重时会危及整个系统电气设备的安全运行。为了在故障发生后的短时间内限制故障电流影响,提出一种不利用附加装置的电流抑制策略。首先,分析了直流电网结构与故障初期电... 详细信息

柔性直流电网在直流侧发生短路故障后,故障电流迅速达到较大峰值,严重时会危及整个系统电气设备的安全运行。为了在故障发生后的短时间内限制故障电流影响,提出一种不利用附加装置的电流抑制策略。首先,分析了直流电网结构与故障初期电流上升规律。然后,根据所得规律提出一种包含两个环节的电流复合抑制策略,给出电流抑制参数选取的原则,并分析了抑制策略下短路电流的发展规律。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建四端柔性直流电网模型进行仿真验证。结果表明,所提电流抑制策略可以有效减小直流线路过流倍数,降低换流器闭锁的概率,且故障切除后恢复阶段电流平衡度更好。

关键词：模块化多电平换流器直流电网电流抑制策略直流故障

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FHMMC-HVDC系统直流故障电流计算方法及抑制策略研究

FHMMC-HVDC系统直流故障电流计算方法及抑制策略研究

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作者：刘熠东北电力大学

学位级别：硕士

由混合型模块化多电平换流器(Half and full bridge Hybrid Modular Multilevel Converter,FHMMC)构成的柔性直流系统如何合理地设计故障穿越策略,实现主动向交流电网提供无功支撑的同时,尽可能快速地清除直流故障电流,是亟需解决的重... 详细信息

由混合型模块化多电平换流器(Half and full bridge Hybrid Modular Multilevel Converter,FHMMC)构成的柔性直流系统如何合理地设计故障穿越策略,实现主动向交流电网提供无功支撑的同时,尽可能快速地清除直流故障电流,是亟需解决的重要问题。目前工程上FHMMC为常采用零直流电压控制(即零压控制)来清除故障电流,但零压控制清除故障电流速度不足,将使设备承受一定时间过电流。因此,为保证直流故障下设备安全和运行稳定,就需要准确地计算出故障电气分量,为设计更可靠的故障穿越策略奠定基础,但是目前故障电流获取方法难以对零压控制清除故障电流速度的影响因素进行分析。为此,本文对FHMMC零直流电压控制全过程的故障电流计算方法展开研究,分析了故障传播机理和零直流电压控制后的故障电流特征,设计了基于零直流电压控制的自适应电流抑制策略,具体研究内容包括:首先,研究了FHMMC控制策略对直流电流的影响,构建了FHMMC等值模型以分析影响故障电流的主要因素。剖析了FHMMC正常工作时的传统双环控制和故障下的零直流电压控制对直流电流的影响;构建了FHMMC的RLC等值模型,对双极短路、单极接地故障特性进行了分析,研究了SM电容、桥臂电感对故障电流的影响。其次,提出了一种计及零直流电压控制的FHMMC输电系统故障电流计算方法。将零压控制过程分两个阶段进行了准确分析,分别构建计及各阶段控制的等值模型和计算方法。故障电流发展阶段,在RLC等值模型基础上,引入了受控电流源表征交流馈入能量对故障电流的影响以提升模型精度;零压控制阶段,分析了桥臂电压动态调整的影响,构建了相应的FHMMC等值模型来提升计算精度。构建了状态空间方程来计算2个阶段的直流故障电流,通过电容电压置零操作计及子模块投切引起电压复零的特性。在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了真双极FHMMC直流输电系统,验证了所提计算方法在不同故障位置、过渡电阻下均具有较高的计算精度。最后,设计了一种协同零直流电压控制的自适应电流抑制策略。利用所提出的计算方法分析了影响故障电流清除速度的关键因素是回路中电阻R和电感L,基于减小等值电感和增大等值电阻的思想,提出了一种自适应电阻器R与平波电抗器并联的策略,并设计了R的硬件架构、内部参数以及控制逻辑,以保证L在欠阻尼和过阻尼状态下都能被近似短路,从而提高故障电流衰减速度。在MATLAB/Simulink平台搭建的原系统上增加自适应抑制策略,验证了所提抑制策略的有效性:抑制策略能根据R情况准确自适应地投入R阻值,欠阻尼状态下清除速度提升了50%左右,过阻尼状态下提升了25%左右。

关键词：混合型MMC 直流故障零直流电压控制故障电流计算电流抑制策略

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模块化多电平变流器直流侧短路电流清除技术

模块化多电平变流器直流侧短路电流清除技术

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作者：李进北京交通大学

学位级别：硕士

远距离直流输电可以有效的解决地区之间能源不平衡的问题,模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)目前已成为直流输电的主流拓扑之一,该拓扑采用子模块级联结构,在高电压、大容量领域仍具备明显优势。为了提高其直流侧... 详细信息

远距离直流输电可以有效的解决地区之间能源不平衡的问题,模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)目前已成为直流输电的主流拓扑之一,该拓扑采用子模块级联结构,在高电压、大容量领域仍具备明显优势。为了提高其直流侧故障清除能力,本文主要研究了半桥子模块(Half bridge sub-module,HBSM)和箝位双子模块(Clamp double sub-module,CDSM)混合而成的混合型MMC,进行以下几个方面的研究:1)对混合型MMC的拓扑结构和工作原理进行阐述。首先介绍了 HBSM和CDSM的拓扑结构和工作原理,分别建立开关模型,并以此为依据分析了混合型MMC的拓扑结构和工作原理,根据混合型MMC具备直流侧故障清除的特点,对子模块冗余配置进行设计,然后建立稳态下的混合型MMC的数学模型,并指出系统正常运行时,1个CDSM可以等效为2个HBSM,适用于半桥MMC(HB-MMC)的功率控制器或者电压控制器、调制策略、均压策略和环流抑制策略等系统控制策略仍然适用于混合型MMC。2)分析混合型MMC从直流侧短路故障发生时刻到故障清除完成时的运行特性。首先分析短路故障时的运行特性,忽略交流侧电流注入,仅对三相六桥臂建立数学模型,利用能量等效将短路故障后的MMC等效为一个RLC电路,建立故障电流方程,求解出直流侧故障电流,根据故障电流表达式分析了电气参数对故障电流的影响;然后分析了混合型MMC清除故障电流的原理,并对混合型MMC中HBSM和CDSM的数量关系进行计算,建立了 MMC闭锁后的等效电路和数学方程,并利用龙格-库塔法计算出桥臂电流、子模块电压、交流电流和直流电流等电气量,求出故障清除完成后子模块的电容电压,为子模块电容耐压设计做出参考;利用仿真与实验验证了上述分析的正确性。3)分析混合型MMC正常运行前启动和短路故障后的重合闸。针对系统正常启动前预充电过程中2种不同类型子模块预充电特性不一致的问题,设计了多段式预充电方式,解决了子模块的自取能问题,能够将各个子模块电容电压充至额定值;短路故障后的重合闸需要降低直流侧二次过流水平和桥臂电流冲击,提出一种旁路部分CDSM的方式来降低系统二次过流水平,同时针对故障后子模块电容电压差异导致的桥臂电流冲击问题,引入冲击电流抑制策略,设定桥臂电流阈值,将桥臂电流限制在上、下阈值之间,平稳地将子模块电容电压恢复至额定值。

关键词：混合型MMC CDSM 故障清除重合闸电流抑制策略

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