一种基于电容可控振荡换流的新型直流断路器EI北大核心CSCD

直流输配电网在远距离大容量电能传输、大规模新能源并网和源–网–荷协调控制等领域发挥重要作用。直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)作为直流系统实现故障隔离的核心装备,目前还面临开断能力受限、成本高昂等问题,制约其在直流输配电系统中的广泛应用。该文首先提出一种新型电容可控振荡换流原理与拓扑电路,其通过激发电容振荡升压以实现振荡电流的快速提升,从而实现电流的转移与开断;然后对电容振荡换流机理进行数学分析,阐述所提直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)拓扑构成与基本原理,并给出核心参数理论设计约束边界。最后,仿真分析20k V/3ms/15k A DCCB技术性能,论证所提拓扑的可行性与技术特点。研究结果表明,所提拓扑损耗低,可快速实现双向短路电流开断,与混合式DCCB相比,所提拓扑全控器件使用数量少、应力小,整体技术经济性能优异,具备良好的应用前景。     

适用于MMC直流电网的源网配合式电容型直流断路器

为充分发挥模块化多电平换流器(modularmultilevel converters,MMC)的控制能力,解决直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)开断电流和开断速度要求高、造价昂贵等问题,文中提出一种适用于MMC直流电网的源网配合式电容型DCCB。预充电电容是该DCCB最主要的部分,安装于每条直流出线上。所提DCCB利用MMC主动调压控制策略,在故障期间自适应调节子模块投入数量,使换流器直流出口电压与预充电电容电压相等,从而为快速机械开关提供低电压、零电流分断条件。文中详细介绍所提DCCB的拓扑结构、MMC主动调压控制原理、所提DCCB工作原理及其控制时序,并给出所提DCCB元件参数的设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端MMC柔性直流电网模型,通过仿真及对比验证该方案的有效性。     

具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑

直流断路器（DCCB）是解决直流系统短路故障的重要手段,针对现有DCCB存在的限流效果差、避雷器使用寿命短和故障隔离速度慢等一系列缺陷,文中提出一种具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑（CLC-HDCCB）方案。CLC-HDCCB载流支路和转移支路采用双桥式结构,具备双向通断能力;限流部分采用限流电阻和限流电感并联限流方式,显著降低了故障电流峰值及上升率;设计泄能电阻在断路过程中将限流电感旁路,减少了避雷器单次开断吸收的能量;对所提CLC-HDCCB方案分断故障电流、正常合闸和分断小电流等直流系统出现的各种工况进行了详细分析,并给出参数选定的方法。最后在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,结果表明所提CLC-HDCCB方案与现有DCCB方案相比在故障限流、避雷器吸能和故障清除时间等方面具有一定的优势。     

多端口机械式直流断路器的动作策略与参数优化

常规两端口直流断路器(DCCB)成本高、体积大,不适于在城市直流配电网中应用,而多端口DCCB被认为是一种有效的解决方案.然而,多端口DCCB需要应对更加复杂的电流开断工况,如单条或多条故障线路的同时隔离、负荷线路的灵活切除.考虑到混合式DCCB的通态损耗及常规机械式DCCB的固有缺点,以双电容构建主开断支路,提出一种多端口机械式DCCB拓扑,研究了其应对各种电流开断工况的换流原理和各组件动作策略,并给出了主开断支路的参数优化方法.基于PSCAD/EMTDC仿真平台的算例分析表明,文中的多端口机械式DCCB可以有效降低预充电容及其充电系统的耐压水平要求,亦可仅利用1条主开断支路实现任意进出线的电流开断.     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术

针对永磁同步风电机组远距离大规模并网的问题,研究了采用半桥型模块化多电平换流器(MMC)和直流断路器(DCCB)进行架空直流输电的并网方案。但架空线路故障率高,在发生直流侧故障、网侧交流故障时,基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)系统保护装置会动作,导致MMC闭锁,不能不间断运行。为解决MMC-HVDC穿越交、直流故障的问题,基于DCCB和耗散电阻,提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案。在故障发生后,通过设计DCCB风电场侧MMC降压协调控制策略,以及高压直流侧耗散电阻和风电场侧制动电阻间的控制策略和配合方案,实现了MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越。最后,通过PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了上述交直流故障穿越方案的有效性和正确性。仿真结果表明,所设计的穿越方案能够使MMC-HVDC系统在不闭锁MMC的前提下,安全穿越故障期;在故障清除后,系统快速恢复到正常运行状态。     

混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析

混合式高压直流断路器(DC Circuit Breaker, DCCB)的本质是分断故障电流。分断暂态过程中的电气参数是决定断路器分断性能的核心所在。在分析DCCB拓扑结构的基础上,将断路器分断暂态过程划分为三个阶段。通过建立带DCCB的直流电网故障等效电路和断路器分断各暂态阶段的系统级等效电路,来分析分断过程中断路器自身的暂态特性。将断路器自身参数与直流系统参数联合起来,分别对断路器的两次换流过程进行详细分析。建立了断路器分断电流、暂态电压和开断时间的数学模型,推导断路器分断全过程中的分断电流以及最大暂态电压的计算表达式,并分析了断路器参数对分断性能的影响情况。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建系统级混合式DCCB仿真模型,验证了所建立的断路器暂态模型的正确性及参数选取对断路器开断性能的影响。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

基于智能电流控制设备的直流配电网故障穿越方法

低压直流配电网常规低压配网开关的开断速度难以保障系统双极短路故障的快速隔离.在配电网中引入了智能电流控制设备,直流变压器低压侧配置改进直流阻断模块,在故障时阻断电源对故障点的短路放电,实现故障电流的快速抑制;馈线开关柜配置阻尼断路器,故障时高速开关快速分断投入阻尼电阻,增大短路回路的阻抗.该方法在馈线出现短路时,可快速隔离故障,故障隔离后通过改进直流阻断模块将电源重新投入系统供电,实现了系统的故障穿越.通过RTDS仿真验证了所述故障穿越控制策略的有效性.     

适用于直流电网故障清除的增强型MMC

随着直流输电系统电压和容量的提高,对直流故障快速清除隔离的要求越来越高。作为清除直流故障的有效方案之一,直流断路器(DCCB)技术还不够成熟,限制了其在工程上的应用。文中提出了适用于直流电网故障清除的低成本直流故障清除方案,对半桥型模块化多电平换流器(MMC)进行了局部的改造,以使其具备故障清除操作的能力,使得线路上的故障电流能够被低成本故障隔离单元迅速隔离,随后建立和分析了故障隔离过程中的等效电路,设计了故障隔离动作时序,并对比分析了典型方案的器件使用量,最后建立了仿真和实验模型。仿真和实验结果证明了该方案的有效性。     

采用自补偿复合电流判据的变电站长段动力 电缆漏电监测方法

长期以来,变电站长段动力电缆漏电缺乏有效监测手段。基于对漏电电流变化特征以及现有监测方法局限性的分析,提出了一种采用自补偿复合电流判据的变电站交流系统长段动力电缆漏电监测方法。该方法通过引入动力电缆两端剩余电流和单相电流信息,构建由稳态剩余电流判据、剩余电流增量判据、稳态剩余电流差动判据、单相剩余电流差动判据相结合的复合判据,实现对长段电缆不对称漏电、三相漏电的可靠辨识。仿真计算和现场实践结果表明,所提方法能够有效监测交流系统长段动力电缆各种漏电故障,提升站内交流系统智能运维水平。     

变压器空载合闸引起电流保护装置动作的原因分析与解决方法

分析了变压器空载合闸时激磁电流和磁通瞬态过程，讨论了合闸时引起过电汉保护装置运作的原因，并提出了解决方法。     

新型雷电通道模型简介

介绍了一种改进型雷击模型，它既兼有雷击本身的特点，又具有相对简洁的的数学基础。模型对于特定的雷电通道底部电流，采用了双时间常数，取得了比单时间常数更好的拟合效果。     

两次电流转移型短路电流限制器的研究

研究了基于两次电流转移的短路电流限制方案,它由快速开关、门极关断晶闸管(GTO)和限流电阻并联组成.限流过程包括两次电流转移:快速开关至门极关断晶闸管,再至限流电阻.采用快速开关可显著减少限流器的运行损耗,采用GTO可降低电流转移的难度.研究表明,在电弧电流向GTO转移的过程中,电弧电压和转移回路电感对电流转移时间有重要影响,提高电弧电压是实现快速转移的关键.     

High‐frequency equivalent circuit of an induction motor driven by a PWM inverter

This paper deals with the high‐frequency equivalent circuits in an induction motor driven by a PWM inverter. The leakage current flows through stray capacitance among stator windings and iron core (frame) of the induction motor at the switching instants of the inverter transistors. The high‐frequency equivalent circuits are derived based on the frequency characteristics of the high‐frequency zero‐phase impedance and line‐to‐line impedance of the induction motor. The validity of the derived equivalent circuits is confirmed by simulation and experimental results. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(1): 65–76, 2001     

Self-rehealing characteristics of a sodium current limiter and its overcurrent coordination for low-voltage distribution system

The sodium current limiter developed and applied for low voltage use is not a current limiting fuse but a new type of reusable current limiting device that utilizes metallic sodium as a fusible element. Excellent current limiting performance and quick self-rehealing properties of the sodium limiter allowed highly reliable electric power systems to be obtained economically and compactly. Here we examine experimentally the rehealing properties of the sodium limiter after current limiting operation and discuss the overcurrent coordination of the sodium limiter for a low-voltage distribution system. The results are summarized here:

• 1 (1) The resistance of the sodium limiter, being between about one thousand and several thousand times its normal resistance r₀ at room temperature during a current limiting operation of short circuit fault currents, changes abruptly to 30 to 40 times its r_o value just after the disappearance of the fault current and falls steadily to r_o.
• 2 (2) The sodium limiter can recover current-carrying capability for an overload current even immediately after a current limiting operation and maintain its capability for the following normal load current. The upper limit of the recovery of the sodium limiter is given by its overcurrent against the time characteristics under the normal condition.
• 3 (3) The self-rehealing characteristics of the sodium limiter presented here give the ability to design a low-voltage motor control center using the sodium limiter which maintains maximum service continuity up to high fault currents.

     

New electrical shunt with two rectangular holes in a copper plate

A new concept of an electrical shunt with two rectangular holes in a copper plate (ESRP) has been developed to be used for measuring a large current with a short‐duration steep wave in a high‐voltage field. The ratio of the input current to the output current is 10⁶, as obtained from a DC voltage test circuit. The electrical shunt has a special configuration. To verify the shunt current ratio of ESRP in a real application, the shunt current was connected to a sphere‐to‐sphere electrode breakdown test circuit with a 10 mm gap to measure the large damping current (8.4 kA) of a DC breakdown voltage. The voltage signal from the shunt was transmitted to excite two light‐emitting diodes (max. 50 mA, 4 V), which were reverse‐connected in series. The light‐emitting diodes operated properly and were illuminated, which validated the capability of the newly designed electrical shunt. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一种适用于Z源的滞环控制算法的研究

基于Z拓扑的逆变系统,需在开关控制信号中加入直通信号。传统的滞环控制算法无法实现。针对这一局限,提出一种新的适用于Z拓扑的定频电流滞环控制策略。该策略保留了传统滞环控制的优点;采用定频控制,降低了系统损耗,便于滤波;有了Z源的升压作用,系统功率输出能力明显提高。通过MATLAB仿真,并经过实验验证,证明了该策略的可行性。     

Influence of output power out of a synchronous generator installed in a customer system on current limiting effects due to a fault current limiter

In this paper, it was assumed that a synchronous generator in a customer system was connected to a distribution system via the fault current limiter (FCL). We theoretically investigated the influence of the output power of the generator on the limiting effect of the fault current when a three‐phase short‐circuit fault occurs. It was shown that the fault current out of the customer system, limited by the FCL, rises with the output power of the generator. It was found that the larger the output, the higher the fault current at the fault point is when the limiting resistance is less than 15 Ω in the case of the resistive‐type FCL. On the other hand, the fault current at the fault point decreases with an increase in the output power for a limiting resistance more than 15 Ω. In contrast, it was found that the suppressing effect on the fault current at the fault point due to the inductive‐type FCL hardly depends on the output power. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 148(3): 15–24, 2004; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10357     

一起变电站直流串入交流回路的异常分析与处理

针对某500kV变电站2号主变复役操作过程中,当拉开2号主变220 k V侧接地闸刀后,出现直流接地报警,合上该接地闸刀,直流接地告警消失的异常情况,经过分析查找,发现与该主变220 k V侧接地闸刀有联闭锁关系的2号主变2号电容器3221闸刀机构箱内的热继电器F1两副接点间内绝缘异常,导致直流串入闸刀交流控制回路。阐述了具体的故障处理过程,并给出了变电站在设计、施工、运维过程中防止直流接地的注意事项。