直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

基于模块化多电平换流器的高压直流系统直流侧故障限流技术研究

基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展,直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点.故障限流技术能够快速限制短路电流的峰值与上升率,为直流断路器的快速隔离提供有利条件.在现有混合式直流断路器基础上,提出2种快速限流的技术方案:新型直流故障限制器与直流断路器配合方案、结合限流电路的混合直流断路器方...     

一种交直流混合输电系统直流侧双极故障保护策略

为进一步分析含柔性直流输电(MMC-HVDC)的交直流混合输电系统的故障特征,基于交直流混合输电系统和模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构,推导了MMC的数学模型,研究了直流系统双极短路的故障机理和故障特征,针对含MMC-HVDC的交直流混合输电系统的双极短路故障,设计了限流电路及闭锁换流站与交流断路器跳闸相结合的故障保护方案。以厦门市柔性直流输电系统为例,在PSCAD/EMTDC中搭建了交直流混合系统,并对保护方案进行了仿真验证。结果表明,提出的保护策略能有效地降低故障电流,提高系统稳定性。     

基于MMC的多端直流电网通用计算方法及拓扑优化研究

针对现有直流电网直流侧短路简化计算方法普遍不适用于对称单极接线系统及短路故障后故障电流急剧上升导致换流站闭锁的问题,提出了适用于对称单、双极接线方式直流电网的通用计算方法和直流电网拓扑优化方法。首先,分析了不同接线方式下的直流电网直流侧单、双极短路故障特性。其次,基于阻抗频率特性提出了适用于不同接线方式直流电网的故障电流计算方法,并得到了评价故障电流水平的简化指标,有效地评估直流电网拓扑变化时的故障电流水平,实现多端系统的拓扑优化,降低单极接地故障电流水平。最后,通过电磁暂态仿真案例验证了所提计算方法和简化指标的准确性和有效性。     

适用于直流配电网故障选线的电力电子变压器分步闭锁方案

级联H桥型电力电子变压器（powerelectronic transformer with cascaded H-bridge,CHB-PET）是柔性变电站的重要组成设备之一,在直流配电网中具有重要作用。当CHB-PET低压直流侧发生双极短路故障后,故障电流上升速度快且幅值较高,易导致电力电子器件迅速闭锁,使低压直流电网保护难以准确获取故障信息。针对CHB-PET低压侧多分支直流配电网,提出一种基于PET分步闭锁的故障穿越策略。当检测到PET低压侧直流系统故障后,首先闭锁PET输入级及隔离级的低压H桥换流器,延迟3ms后再闭锁隔离级的高压H桥换流器,分步闭锁可为PET低压侧多分支线路保护提供短时故障信息,进而可利用分支线路两端电流极性特征识别区内外故障,定位故障分支线路。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真实验,验证了适用于直流配电网故障选线的电力电子变压器分步闭锁方案的可行性和有效性。     

CDSM-MMC直流侧故障隔离原理及重启动策略

摘要： 采用模块化多电平换流器的柔性直流输电系统,目前除了常见的半桥和全桥结构型的子模块,基于钳位双子模块的模块化多电平换流器由于其不仅能够隔离直流侧故障,且在经济性、性能上具有较强的优势,得到了广泛的关注和研究。通过介绍钳位双子模块（Clamp Double Sub-Module,CDSM）的工作原理,详细讨论分析了CDSM对于直流侧发生双极性短路、单极短路、断线等故障的隔离原理,以及柔性直流输电系统发生故障后控制器的工作状态,提出一种新型的柔性直流输电系统故障后的重启动策略,并在PSCAD/EMTDC下建立单端21电平基于CDSM结构的柔性直流输电仿真模型,通过对比所提出的重启动过程与原有重启动过程,验证了所提出重启动策略的有效性。     

HVDC换流器故障隔离及重启策略优化

针对某特高压直流工程换流器故障隔离及重启耗时长、停电范围大、造成功率损失等问题,在分析故障机理的基础上,提出了一种优化后的故障隔离及重启策略。优化了换流器保护区域,改进换流器保护区域的连接方式,并增设快速断路器加速故障隔离及重启过程;优化故障隔离及重启策略,利用换流器移相控制策略快速限流,利用快速断路器动作缩小故障隔离范围,避免极隔离、极重启和大规模切机、切负荷的发生。仿真验证表明,优化后的故障隔离及重启策略总耗时低于0.5 s,仅隔离故障换流器,保证了健全部分持续传输功率,显著提升了特高压直流输电的可靠性和经济性。     

带限流模式直流断路器在柔性直流输电系统中的应用

直流断路器的设计与研发是直流系统实际应用中的难点。对此,提出了一种具备故障限流模式的混合式直流断路器,该断路器具有正常运行、限流运行和故障隔离三种工作状态,通过三种状态之间的相互转换可实现正常工作时以低电抗方式运行、故障时进入限流状态以高电抗方式运行限制故障电流,最终隔离故障,可起到保护系统设备的作用,并对该断路器进行了闸组内的电压、电流应力分析。最后通过在PSCAD/EMTDC上搭建的仿真模型验证了该断路器的可行性和有效性。     

（特）高压直流线路单极故障隔离策略

目前,基于线路换相变流器（LCC）的HVDC系统依靠常规控制系统实现线路故障隔离,存在隔离过程中电流峰值大、过流持续时间长的不足。为此,提出一种基于状态空间法的故障隔离策略。首先,建立线路整流端、逆变端单极金属性故障的等值电路,利用状态空间法求解故障电流和换流器电流的时域表达式;其次,基于电流特征分析,利用非线性规划方法求解故障后每个时段的最佳触发角,以降低故障电流峰值和过流时间并得到故障隔离策略。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明了所提方法的有效性和对维持系统安全稳定的积极作用。     

VSC-MTDC系统中IGBT开路检测方法研究

文章分析了柔性直流输电系统换流站IGBT开路故障的电流响应与故障特征,并采用直接平均电流法、平均电流Park矢量法和归一化直流分量法对其进行检测。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模型,对3种开路检测方法在不同运行模式和运行工况下的检测性能进行了对比。仿真结果表明,利用换流站交流侧电流中的直流分量作为故障特征,能够在1～2个周波内检测到换流站IGBT开路故障位置;归一化直流分量法在低功率条件下更灵敏,在功率调整、直流电压调整和潮流反转时具有更好的动态检测性能。     

直流电网用直流断路器短时电流试验方法研究

直流电网技术对设备提出了新的要求,具有快速开断能力的高压直流断路器是直流电网的核心设备,现有试验技术在功率方面不能满足直流断路器短时电流耐受试验的要求。为解决该问题,该文分析了在直流电网中直流断路器耐受的短时电流应力,提出了基于损耗及结温等效的试验方法及试验电路拓扑,搭建了PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真模型。并以张北工程康宝站为例,对直流断路器短时电流耐受试验进行了仿真验证。仿真结果表明：该试验电路能够有效地实现短时电流对直流断路器的应力考核,为试验平台的设计提供指导作用。     

基于电压补偿原理的高压直流输电 系统故障控制策略

当高压直流输电系统交流侧发生不对称故障时,交流系统会产生负序电压和负序电流,从而引起换流站与交流系统之间的有功功率产生波动,使得直流系统的直流电压产生波动。这种波动的有功功率和直流电压会通过直流线路传输到系统的另两侧,影响其他两侧交流系统运行的稳定性。采用电压补偿控制的方法有效地抑制了负序电流,在PSCAD/EMTDC环境中建立基于MMC的多电平换流器的3端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和正确性,提高系统的稳定性。     

基于暂态信号距离辨识的MMC-HVDC线路保护方案

针对柔性直流线路保护的主要技术难点直流故障的可靠识别和快速隔离,分析了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电线路故障暂态量变化特征,发现线路内部故障时直流线路两端的电流量、电压量变化特征与区外故障时有较大差异。并通过暂态信号距离辨识得出互距离度构成线路保护判据。仿真验证表明,该方案原理简单、可靠性高,且不受系统参数及干扰的影响。     

一种带缓冲支路的双向限流混合型直流断路器拓扑

直流线路发生短路故障时,故障电流上升速率极快且对断路器耗能支路冲击较大,对此在混合型直流断路器中引入一种缓冲支路和双向限流回路,形成一种带缓冲支路的双向限流混合型断路器,在电流正向或反向流通时均能快速清除直流线路故障,并有效抑制故障电流上升和减小故障电流对耗能支路的冲击。对断路器动作各阶段的电路进行理论分析,并在PSCAD平台搭建两端VSC-HVDC模型进行仿真验证,仿真结果表明提出的断路器能在快速清除故障的同时减小故障电流对耗能支路的冲击,有效限制故障电流的上升速率。     

500 kV直流断路器快速机械开关典型故障特性及可靠性提升方法研究

直流断路器是构建柔性直流电网不可或缺的关键设备。快速机械开关是直流断路器中承载电流、实现快速分合闸、耐受分闸恢复电压的核心组件,其结构复杂、动作速度快、电气应力严酷、可靠性要求高,因而设计研制难度大,任一环节出现问题均会影响直流断路器乃至柔直电网的安全可靠运行。然而,目前快速机械开关由于存在设计选型不合理、工艺管控不严格、试验考核不完善等问题,导致在实际工程应用中故障率较高。针对已应用于张北柔性直流电网试验示范工程的500 kV直流断路器,分析了直流断路器研制、调试、运行过程中快速机械开关典型故障的特性及原因。在此基础上,围绕快速机械开关典型故障从设计选型、生产制造、试验考核等方面入手,有针对性地提出可靠性提升措施,为500 kV直流断路器快速机械开关设计研制和运维检修提供了指导和依据。     

一种高压直流断路器的电路构成及其试验方法

介绍了交流断路器断口并接辅助振荡回路的方法,基于电流叠加产生过零的原理使交流断路器断口实现分断直流电流的功能,描述了高压直流断路器的结构、特点及电路关键参数的计算方法,并探讨了考核、验证高压直流断路器的直流电流开断能力的试验电路形式,提出了实现等效试验基于电容、电感储能形式的模拟直流电源的方案,分别给出了试验时序、仿真...     

±800kV特高压直流换流器在线投入失败案例分析

针对一起±800kV特高压直流单换流器在线投入失败事件展开分析,详细介绍换流器在线投入过程的基础上,分析投入失败原因与交流系统短路电流、母线电压密切相关。基于实时数字仿真(RTDS)对其投入过程复现与讨论,重点分析换流器投入失败原因及其过程对近区交流电网的影响,论证了不同输送功率、不同短路电流、不同换流器运行个数等方式下的特高压直流单换流器在线投入情况。仿真结果表明,同等条件下,输送功率(运行电流)越大、短路电流越小、在运换流器越少,越不利于换流器在线投入。从调度运行、电网规划、直流控制保护系统等几个方面提出相关建议。     

220 kV限流器对断路器开断近区故障的分析

针对220 kV系统断路器在开断近区故障时出现不能开断的案例,从无限流器、有限流器、故障限流器三种运行方式入手,分别建立了高压断路器和限流器等值模型,通过计算模型中的所有参数,分析了限流器对断路器开断近区故障时电感和电压对固有恢复电压的影响.计算结果表明：当电力系统正常运行时限流器几乎不呈现阻抗;当电力系统发生短路故障时,限流器瞬间呈现高阻抗,快速限制短路电流,避免了短路故障给电力系统带来的巨大危害.在选择故障限流器的限流比时,建议选择比较小的区域,最好小于0.5.     

一种适用于风电外送的混合高压直流输电系统

整流侧采用模块化多电平换流器(MMC),逆变侧采用电网换相换流器(LCC)的混合高压直流输电系统可结合两者的优点,是一种适用于风电外送的新型拓扑。为弥补MMC无法清除直流侧故障的缺陷,可在整流侧直流线路上装设混合式高压直流断路器。针对单级接地和双极短路2种故障分析其故障特性和对系统的影响,并根据故障电流特性设计断路器时序控制策略。基于PSCAD仿真软件建立该输电模型并仿真分析其在稳定送端交流母线电压上的优势,然后验证所提故障特性分析,最后证明所设计的时序控制策略可有效清除直流侧故障。     

面向直流配电系统的新型固态故障限流器设计

摘要： 与交流配电相比,直流配电具有供电容量大、线路损耗小、电能质量好、有利于分布式电源接入等一系列优点。然而,保护技术的不成熟在很大程度上限制了直流配电系统的发展。针对当前直流配电系统保护技术中存在的问题,提出一种新型固态故障限流器。该限流器采用晶闸管与IGBT相结合的方式,不仅可以快速响应直流电网的故障电流,而且减少了功率损耗。当发生短路故障时,采用峰值电流控制策略可以进行电流控制,将短路电流限制在一定的范围内。