采用直流断路器的对称单极多端柔性直流故障清除策略

针对直流断路器应用中直流线路故障快速选择性隔离问题,研究了对称单极多端柔性直流线路故障清除策略。根据对多端直流系统的单极和双极接地故障特性的分析结果,得到了单极和双极故障初期相同的故障电流上升率余弦特性衰减特性。提出了基于电流变化率的方向纵联选线策略,同时设计了采用直流断路器策略实现故障隔离和重合闸的直流线路故障清除方案。通过搭建的PSCAD/EMTDC模型,对单极接地故障时的电流上升率特性和设计的直流线路故障清除策略进行了验证,仿真结果证明了电流上升率特性的正确性以及所述故障清除策略的有效性。

具备直流故障清除能力的MMC多电平子模块拓扑

MMC-HVDC的直流故障处理能力直接关系到其在架空线领域和高压大容量场合的应用前景。因此,提出了一种MMC改进拓扑,其利用子模块电容电压形成反电动势来强制关断二极管,快速地清除故障电流。详细分析了该拓扑直流故障清除原理和各功率器件的耐压情况,并与其他拓扑进行了对比分析。最后采用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提新型子模块拓扑的正确性和有效性。结果表明,所提出的拓扑的主IGBT和保护IGBT的额定电压都仅为常规设计的1/2,可有效降低换流器成本。

电力系统稳定计算中500kV线路故障清除时间的研究

通过对继电保护装置和开关动作时间的统计分析,探讨将系统稳定计算中500kV故障清除时间由0.1s减少到0.09s或0.08s的可能性,并通过分析计算和仿真试验,研究减少故障清除时间对提高稳定极限的作用。

具备直流故障清除能力的电流转移型模块化多电平换流器

针对典型的半桥型模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）无法阻断直流故障电流的问题,提出具备直流故障清除能力的电流转移型MMC（current-transferring MMC,CT-MMC）拓扑。CT-MMC是在半桥型MMC拓扑基础上,增加断流支路、能量吸收支路和桥臂转移支路3部分支路。在系统发生直流短路故障时,通过断流支路迅速断开换流器与故障线路的连接,再通过桥臂转移支路和能量吸收支路吸收故障电流,从而快速清除直流故障。该文建立CT-MMC拓扑,详细分析其故障清除过程,给出主要参数的选取方法,并对该拓扑的经济性进行分析,相对于半桥型MMC,CT-MMC仅增加少量开关器件和电阻及一个超快速机械开关,且通态损耗非常低。基于RT-LAB OP5600仿真平台搭建双端51电平MMC-HVDC系统模型,仿真结果表明,所提拓扑能够在故障发生几百μs内迅速隔离子模块,保护电力电子器件不受损坏,且整个故障清除过程在几十ms内快速完成,具有较好的经济性和实用性。

基于源网配合的MMC直流电网自适应故障清除方案

随着模块化多电平换流器(modularmultilevel converters,MMC)在架空线直流输电和柔性直流电网中的广泛应用,直流线路故障清除问题越来越突出,如何实现直流线路故障的快速清除成为制约MMC柔性直流电网发展的关键问题之一。作为直接有效的解决方案,混合高压直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)还不够成熟,高速大开断容量DCCB的研制仍有困难。文中通过挖掘和利用MMC控制的灵活性,提出一种适用于架空线半桥型MMC柔性直流电网的源网配合自适应故障清除方案。在直流故障期间,该方案利用MMC调压控制策略减少源侧子模块投入数量,降低换流器桥臂单元输出电压,并与网侧断路器预充电电容电压自适应配合,使MMC桥臂单元输出电压小于预充电电容电压,利用电压差使故障电流迅速下降至零,达到切断故障电流并清除故障的目的。首先介绍所提故障清除方案中源侧MMC调压控制原理和网侧断路器拓扑结构,然后分析该方案的工作原理,并推导该方案下半桥型MMC的直流故障电流计算方程,给出调压控制器控制系数和网侧断路器元件参数设计方法,最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建基于半桥型MMC的四端柔性直流电网模型,对所提故障清除方案的有效性进行仿真验证。

一种具备直流故障清除能力的新型MMC子模块拓扑

当基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流线路发生短路故障时,传统半桥子模块存在无法通过闭锁阻断直流故障电流的问题。对此,提出一种具备直流故障清除能力的基于半桥的五电平新型子模块(FLHBSM)拓扑。FLHBSM与传统半桥子模块具有相同的控制结构,并具备了直流故障清除能力。相比其他具备直流故障清除能力的子模块拓扑,FLHBSM减少了开关器件的数量以及换流站占地面积,降低了损耗,且其控制灵活度高,在提高了MMC经济性的同时增强了其运行可靠性。同时,FLHBSM可以较好地兼容适用于半桥子模块的电容均压策略,并可根据实际需要在均压方案中择优。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建了基于FLHBSM的双端±100 kV 21电平MMC-HVDC系统仿真模型,验证了其利用子模块闭锁模式清除直流故障的有效性。

基于多端口混合直流断路器的LCC-VSC混合多端直流输电系统故障清除方案

混合多端直流输电系统是解决大规模新能源送出和消纳的有效手段之一,快速有效的故障清除方案是保证其安全稳定运行的关键。然而,已有的基于换流器自清除的故障清除方案会导致健康换流站短时停电,而借助直流断路器的故障清除方案存在实施成本过高的问题。为此,提出一种二极管桥式多端口混合直流断路器拓扑,以一个三端混合直流系统为例设计了基于该多端口混合直流断路器的故障清除方案。所提出的故障清除方案在送端采用LCC移相控制实现故障的清除和换流器重启,在受端汇流母线处采用二极管桥式多端口混合直流断路器实现直流故障快速清除和重合闸。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方案的有效性,并与已有的技术方案进行了对比。结果显示,所提方案在保证故障快速有效清除的同时,能够减少在混合多端直流系统中使用断路器的经济成本。

基于故障清除专用自阻模块的改进型MMC运行控制策略

为解决传统半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)的直流故障清除问题,在传统HB-MMC的每个桥臂上分别增加了一个全桥结构的故障清除专用自阻模块,并通过合理的控制方法实现其稳态运行时电容电压波动情况的优化及直流故障时交流侧三相短路点的主动制造,从而实现改进型MMC稳态时的高效运行与基于无断流能力隔离开关对直流故障的清除。相比于传统的混合型MMC,改进型MMC不仅保留了直流故障快速清除的能力,同时在构建成本与运行损耗方面具有明显优势。基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提结构与控制策略的正确性与有效性。

基于改进型模块化嵌入式多电平换流器拓扑的HVDC直流故障清除策略

目前,已有的高压柔性直流输电工程大多都采用包含半桥子模块的模块化多电平换流器(MMC),但是半桥型MMC缺乏直流故障清除能力。为解决这一问题本文在原来模块化嵌入式多电平换流器(MEMC)拓扑的基础上提出了改进型MEMC拓扑,该拓扑具有更高的可靠性和功率处理能力,并提出了一种控制技术,用全桥子模块产生的负电压对功率因数滞后的负载进行晶闸管的强制换相。改进型MEMC除具有直流故障清除能力外,还提供了更宽的工作范围和更小的子模块电容器尺寸。最后在PSCAD/EMTDC中搭建改进型MEMC-HVDC模型,并进行直流故障仿真,仿真结果验证了该拓扑的适用性和直流故障清除能力。

特高压远距离高补偿度串补线路故障清除操作过电压特性及对策

在远距离特高压线路上加装高补偿度串补是实现更远距离、更大容量输电的合理选择,在我国特高压电网发展及全球能源互联网战略中具有广阔的应用前景。特高压高补偿度串补线路发生故障清除过程中,在健全相和相邻线路上产生的操作过电压与无串补或常规串补线路相比有升高趋势,且在现有避雷器及线路保护联动旁路串补措施条件下可能超过现有标准限值,有必要开展过电压特性及抑制措施研究。文章采取理论分析和数字仿真手段,研究了高补偿度串补对特高压线路故障清除操作过电压的影响特性,并基于闪络率评估,分析了快速联动旁路串补、加装低残压避雷器及"联动+低残压避雷器"组合等多种措施对故障清除过电压的抑制效果,并提出了综合对策。研究成果可为特高压远距离高补偿度串补线路的工程设计、设备选型提供技术依据,为实现跨区或跨国输电提供技术支撑。

适用于直流故障清除的直流电压钳位器原理

柔性直流工程建设正在向直流电网和多端直流纵深发展,而故障清除措施一直是制约工程建设的难点,也是研究的热点。该文对现有故障清除方案进行分类,将其按照物理作用原理分为"降压/增阻"类方案,同时按照故障清除措施作用空间分为"源侧"和"网侧"方案。对于现有方案在分类学上的空缺,提出一种网侧降压的直流钳压器概念,通过直流侧电压钳位的方式将故障线路电压降为零,实现故障电流的柔性清除。在直流电网中仿真验证相关概念的可行性,并通过等效电路实验进行验证。

适用于两电平电压源型换流器的直流故障清除辅助拓扑

两电平电压源型换流器在35kV及以下电压等级输电场合具有较高的成本效率比,因此被广泛应用于风电并网等低压领域。但是,其不具备直流故障清除能力的特点,给电网设备安全造成了较大的影响。基于以上背景,文中提出了适用于两电平电压源型换流器的直流故障清除辅助拓扑。该辅助拓扑使用超导故障电流限制器,大幅降低了故障电流;基于电流谐振的思路,可实现在电流过零时将故障清除。采用该辅助拓扑的直流故障清除方案,相比于采用交流断路器的方案,具有清除时间短、故障电流小的优点;相比于采用直流断路器的方案,具有电压变化率小、成本低的优点。最后,在PSCAD/EMTDC中验证了所提辅助拓扑的正确性与有效性。

基于电阻耗能支路的MMC-HVDC线路故障清除与重启恢复策略

结合直流断路器特性的模块化多电平换流器(MMC)改造是实现直流故障清除经济可行的方案之一,在此背景下,提出一种基于电阻耗能支路的MMC改造方案。在实施该方案时,通过MMC与附加端口、线路的电阻耗能支路和关断隔离支路之间的相互配合,实现故障电流快速转移和衰减。此外,该方案利用流过线路电阻耗能支路开关模块的电流,准确判定故障类型,并提出故障线路的重启恢复策略。最后,在PSCAD中建立双极直流输电(MMCHVDC)系统,验证所提方案和故障线路重启恢复策略的有效性。仿真结果表明:所提方案故障清除时间短且故障电流峰值较小,故障线路重启过程平稳可靠。

高压直流输电线路故障清除及恢复策略研究综述

高压直流输电线路故障后的快速清除和恢复对整个系统的稳定、可靠运行至关重要。文中分析总结了现有基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)系统和基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)系统中直流线路故障清除及恢复策略。指出现有策略中存在盲目恢复的不足,会对整个系统造成更大的冲击或者不必要的停运。提出了一种可能的解决方案:在不同直流输电系统中展开直流输电线路故障自适应恢复研究,实现直流输电系统的安全、快速恢复,完善直流线路故障综合处理方案。

采用双电流转移支路的直流电网故障清除策略

为了解决模块化多电平换流器直流故障难以清除的问题,论文提出了一种采用双电流转移支路的直流电网故障清除策略。该策略通过在换流器直流侧增加双电流转移支路和能量耗散支路,使故障期间的故障电流被迫转移到这两个支路中,保证在低压小电流情形下断开故障线路,并可在故障隔离之后迅速恢复电网的正常运行。双电流转移支路安装在直流母线上,采用晶闸管与电容配合的方式起到转移换流器电容放电能量的作用;能量耗散支路安装在直流出线上,通过接地电阻消耗线路电感储存的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC验证了所提策略在故障清除和恢复运行方面较优的性能,并与其他直流断路器方案进行对比,体现了其在器件成本和器件数量方面良好的经济性。

应用于远距离架空线直流输电的混合MMC直流故障清除方式比较分析

全桥子模块和半桥子模块混合的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)可以采用闭锁清除方式和主动清除方式实现直流线路故障清除,但是对于两种方式的故障清除特性差异、参数设计要求以及适用场合等仍缺乏全面的分析和比较。分别针对直流故障的闭锁清除方式和主动清除方式,建立了混合MMC故障清除过程的精确动态模型,比较分析了架空线路长度和桥臂全桥子模块比例对两种清除方式的故障清除时间和子模块电容过电压的影响。针对主动清除方式,还提出了故障清除过程中直流电压和子模块电容电压的控制策略,可以通过直流电压动态变化清除故障电流,并同时实现子模块电容的稳定控制和避免出现过压。基于所建立模型,以一个基于混合MMC的1500 km远距离高压直流输电系统作为研究实例,通过多种工况的理论分析和数字仿真,对两种不同方式的直流故障清除过程和性能进行了比较研究,揭示了两种故障清除方式所受到的主要限制因素,提出了直流故障清除方式选择和混合MMC参数设计的依据。

具备直流故障清除和自均压能力的MMC移位全桥子模块拓扑

模块化多电平换流器(MMC)可通过改进子模块拓扑实现对直流故障电流的清除,但大多数子模块不具备电容电压自均衡能力。在全桥子模块的基础上,推导了一种兼具故障电流自清除能力和模块电容电压自均衡能力的新型子模块:移位全桥子模块(OCFBSM)。该子模块由2个全桥子模块通过移位组合构成,正常工作时根据2个电容的连接关系运行在旁路、串联和并联3种状态,可不依赖于外加均压控制自动实现模块内电容电压均衡。发生直流短路故障时,OCFBSM通过将2个电容反向接入故障回路可自动清除直流故障电流。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了OCFBSM在直流故障电流清除和自均压方面的有效性,且故障闭锁后各子模块电容电压均衡,有利于MMC重启。

电力输电线路运维工作及故障清除标准的相关性分析

本文首先对当前我国电力输电线路存在的故障进行了总结,并且对电力输电线路运维工作及故障清除存在的问题进行了相应的分析。在此基础上,本文针对电力输电线路的运维工作,以及故障清除工作提出了相关的应对措施,希望能够保证电力的平稳输送。

采用阻容电流转移支路的直流电网故障清除及重合闸方案

为了解决直流电网故障清除及重合闸问题,提出了一种采用阻容电流转移支路的直流电网故障清除及重合闸方案。该方案新增的阻容电流转移支路可辅助切除故障线路,同时可起到支撑直流母线电压作用,防止非故障线路断路器因换流器直流母线电压过低而发生误动作。该方案通过分析故障类型判别支路电流,从而区分瞬时性故障与永久性故障,避免盲目重合闸于永久性故障对系统造成严重危害。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提方案的准确性与适用性,并对比分析了文中方案与混合式直流断路器方案的器件用量,仿真结果证明换流器联结的直流线路越多,文中方案的经济性优势越显著。

电力输电线路运维工作及故障清除标准的相关性分析

本文首先对当前我国电力输电线路存在的故障进行了总结,并且对电力输电线路运维工作及故障清除存在的问题进行了相应的分析.在此基础上,本文针对电力输电线路的运维工作,以及故障清除工作提出了相关的应对措施,希望能够保证电力的平稳输送.