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中国电机工程学报 2021年第18期41卷 6419-6430页

作者：周航袁佳歆季雨晴陈凡张朝阳武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072

永磁偏磁型直流限流器(permanent magnet biased saturated core fault current limiter,PMFCL),简称永磁限流器,是一种有效解决柔性直流输电系统短路电流问题的技术手段。传统永磁限流器存在电感变化速度不快、变化倍数较小和永磁体退... 详细信息

永磁偏磁型直流限流器(permanent magnet biased saturated core fault current limiter,PMFCL),简称永磁限流器,是一种有效解决柔性直流输电系统短路电流问题的技术手段。传统永磁限流器存在电感变化速度不快、变化倍数较小和永磁体退磁风险问题。针对上述问题,提出一种基于复合磁性材料的永磁偏磁型磁饱和限流器(hybrid soft magnetic material saturated core fault current limiter,HMFCL),具有响应速度快、阻抗增益倍数高和退磁风险低的优点。首先,深入分析传统永磁限流器性能存在缺陷的本质原因,建立等效电磁路方程,结合纳米非晶及硅钢片各自的性能特征,重构磁路拓扑结构以降低永磁体占磁性材料比例,提出复合磁性材料的三柱式永磁限流器拓扑结构,在确保永磁体工作稳定性的前提下,大大提高永磁限流器性能;其次,开展限流器本体参数分析设计及多组仿真分析工作;最后,搭建试验平台并开展试验验证。仿真和试验结果表明所提出的基于复合磁性材料的三柱式永磁限流器电感变化倍数较传统限流器提升3.5倍,故障电流水平降低50%。

关键词：直流限流器永磁体纳米非晶 mmc-hvdc输电系统

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基于暂态能量流的mmc-hvdc系统故障建模及仿真分析

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华北电力大学学报（自然科学版） 2022年第3期49卷 20-33页

作者：严俊陈力绪许建中赵成勇贾秀芳华北电力大学电气与电子工程学院北京102206

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, mmc)构成的高压直流(high voltage direct current, hvdc)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对mmc-hvdc系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端mmc,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的mmc暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的mmc内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(hvdc grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。

关键词： mmc-hvdc输电系统直流短路故障暂态能量流暂态等效模型能量抑制策略

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电网故障下风电柔直并网系统交互作用分析及保护适应性研究

电网故障下风电柔直并网系统交互作用分析及保护适应性研究

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作者：林勇超重庆大学

学位级别：硕士

由于我国风能逆向分布的资源禀赋条件,未来风电开发仍将遵循集中式和分布式并举的开发格局。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)的柔性直流输电具有显著优点,在大规模风电远距离并网传输应用中具有广阔的发展前... 详细信息

由于我国风能逆向分布的资源禀赋条件,未来风电开发仍将遵循集中式和分布式并举的开发格局。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,mmc)的柔性直流输电具有显著优点,在大规模风电远距离并网传输应用中具有广阔的发展前景。风电接入柔直系统的送出线路两侧均为受控的电力电子装置。在线路发生电网短路故障后,在风电场和送端换流站的交互作用影响下,线路的短路电流呈现出复杂的受控特性,使传统交流保护的性能下降,甚至产生误动、拒动等问题。然而当前研究仅从风电场或换流站角度出发解析短路电流,难以全面认识系统的短路电流特性,针对风电柔直并网系统的相关保护适应性研究需要进一步深入。本文在风电场送出线路对称短路故障场景下,对风电柔直并网系统的交互作用机理和交互作用影响下的保护适应性展开研究,论文主要内容包括:首先,介绍了风电接入柔直系统的基本运行原理和数学模型。进一步建立了系统的故障穿越控制模型,并在PSCAD/EMDTC仿真平台上通过时域仿真验证系统控制策略的有效性。其次,对故障期间风电场和换流站之间的控制交互作用进行分析。结合锁相环控制模型,建立了故障准稳态期间系统交互作用的分析模型。在此基础上,分析了系统的交互作用机理,并推导了运行工作点存在性条件。研究结果表明,系统存在运行工作点是系统能够过渡到故障稳态阶段的必要条件。进一步,对交互作用影响下的系统故障稳态短路电流的特性进行研究。根据运行工作点存在性条件,分析了风电场和换流站输出电流的幅值受限特性,推导了等效运行工作点在系统不同电流控制指令值下的分布区间。结合不同电流控制指令值下等效运行工作点的分布区间,揭示了风电场和换流站输出的短路电流之间的相位差分布规律。最后,考虑系统交互作用的影响,结合故障稳态短路电流的幅值和相位特性,对风电场送出线路的传统距离保护和差动保护的适应性展开研究。推导了交互作用影响下距离保护附加阻抗的表达式,明确了系统不同电流控制指令值作用下附加阻抗的幅值特征和象限分布规律,分析了距离保护拒动和误动的影响因素。提出了系统不同电流控制指令值下考虑交互作用影响的差动保护正确动作边界,并进一步分析了过渡电阻对差动保护灵敏度的影响。通过时域仿真验证了保护适应性分析结果的正确性。本文的研究工作可以为风电柔直并网系统送端交流线路的保护的优化配置奠定理论基础。

关键词：风力发电 mmc-hvdc输电系统交互作用短路电流特性保护适应性

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