基于MMC闭锁与负直流电压无闭锁的综合直流故障限流策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流电网存在抗直流故障扰动能力弱的问题。为此,在无闭锁和闭锁限流的基础上,提出了一种适用于柔性直流电网的无闭锁与闭锁的综合直流故障限流策略。故障发生后,各换流站首先根据直流侧出口电流进行基于负直流电压控制的无闭锁限流,若某换流站由于无闭锁降压限流失效而发生过流,则主动将该换流站闭锁。故障消失或隔离后,无闭锁换流站第一时间恢复正常工作模式,而无须等待重启过程较长的闭锁换流站,以尽量减小系统功率损失。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提综合直流故障限流策略可快速阻断故障电流,并兼顾限流过程的安全性和快速性,最大限度保证系统功率传输,提高了直流电网的抗故障扰动能力。

浅析故障限流装置在大型发电机组中的应用

介绍电力系统规模及故障时短路电流增大的危害,选取案例讲解故障造成的危害和后果,介绍故障限流装置原理,分析应用广泛的串抗的缺点和弊端,以及故障限流装置的优点,介绍发电机、变压器等设备系统短路时故障限流装置的应用,讲解厂高变配置故障限流装置对电流、电压的影响,对系统保护装置和定值的影响。根据故障限流装置特点,提出解决问题的方法,阐述装置结构、试验及应用情况,对故障限流装置在电力系统中的应用进行展望。

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。

一种具有直流故障限流能力的模块化多电平换流器

为解决传统半桥型模块化多电平换流器(MMC)无法限制直流故障电流的问题,提出一种改进型子模块的MMC拓扑。与传统半桥型子模块拓扑不同,交流输出端口增加了阻断IGBT及其旁路吸收回路。本文首先分析改进型子模块的工作原理,在此基础上开展基于该子模块的MMC的故障限流机理及其主要功率开关器件的电气应力的研究,并通过仿真算例对所提出的拓扑进行了验证。仿真结果表明基于改进型子模块的MMC拓扑在原有正常模式下不需要改变控制策略与调制策略,而在故障阶段能够迅速实现故障电流阻断效果,通过引入旁路吸收回路,进一步降低了对电路触发脉冲一致性的要求,因此在未来高压直流输电系统领域具有良好的工程应用前景。

基于新型铁心控制的配电系统串联补偿故障限流装置的仿真分析

为动态调整配电网电压,并在故障时降低短路电流水平,分析了基于铁心控制的串联补偿限流装置。该装置由固定电容、旁路断路器、氧化锌限压电阻、直流励磁铁心磁控电抗器构成。正常运行时,装置工作于串联补偿状态;故障时,迅速切换到限流模式运行,有效限制短路电流。该装置由传统晶闸管控制的串补设备改进而来,具有输出谐波小、控制简单的特性。通过Jmag和Matlab/Simulink软件对系统进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置设计方案的可行性。

基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述

现阶段投运的柔性直流电网通常采用半桥型模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC),具有惯量低、阻尼小等基本特征,存在故障演变迅速、设备过流能力弱、故障电流开断难等技术挑战。妥善处理柔性直流电网的故障电流限制问题,具有重要的理论价值与现实意义。针对于此,阐明了柔性直流输电技术的发展需求和引入故障限流措施的必要性,系统地总结了国内外研究现状。依据实体限流和虚体限流技术方案进行了分类整理和性能比较,论述了两类限流措施的技术优势及不足之处。最后,提出了半桥型MMC柔性直流电网故障限流方法的未来发展方向,探讨了其中的难点问题和解决思路。

计及主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护

针对传统直流保护原理应用于柔性直流电网中存在可靠性降低、灵敏度下降的问题,提出计及换流器主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护原理。分析了故障电流在换流器电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段的极性特征,进一步构造了改进型故障电流极性特征序列,引入基于斯皮尔曼相关性系数的电流波形特征判别方法,实现柔性直流电网故障区域判别。仿真结果表明,所提保护原理在换流器的电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段均能识别出柔性直流电网故障区域,具备较高的可靠性和灵敏度。

考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法

当电网发生严重故障时,虚拟同步发电机(VSG)易发生功角失稳并导致故障电流越限,现有方法大多忽略功角失稳与故障过流之间的内在关联性而将二者单独处理,导致二者难以同时解决.为此,分析了VSG的暂态功角特性和故障电流特性,阐释了产生上述问题的原因及相互关系;基于相图理论分析了多影响因素下VSG的暂态功角稳定性,提出了一种考虑故障限流的VSG暂态功角稳定控制方法,该方法在自适应调节有功功率指令以保持功角稳定的基础上联合调节无功调压系数,并引入准静态近似虚拟阻抗,同时实现了故障期间VSG的暂态功角稳定和全故障限流.仿真和实验结果验证了理论分析的正确性及所提控制方法的有效性.

具有故障限流功能的串联型超导储能系统(英文)

串联型超导储能系统(SSMES)是一种串联于配电系统的新型超导储能系统。文中研究了应用于变电站的具有故障限流功能的SSMES。基于有源注入电压的原理,SSMES不仅可以补偿电压以提高电能质量,同时也可以快速限制故障电流以保护自身以及整个变电站系统。给出了SSMES的结构,分析了它的原理,并提出了一种用于SSMES的统一控制算法,它既可以使得SSMES向系统注入同相电压进行电压凹陷补偿,也可以使得SSMES向系统注入反向电压进行故障限流。实验结果验证了SSMES的有效性。

混合式直流故障限流器改进拓扑及其参数设计方法

故障限流器可以有效保障设备安全和柔性直流电网的可靠故障穿越,是柔性直流电网故障处理的核心技术之一。为消除传统限流电感对系统暂态响应速度及运行稳定性的不利影响,提出一种基于电感电阻混合拓扑结构的新型混合式直流故障限流器,在系统发生故障后以电感与电阻并联的方式实现故障限流。与现有的直流故障限流器相比,所提混合式直流故障限流器有效减少了拓扑中的晶闸管数量,造价成本大幅降低。同时小信号模型分析表明,电感两端并联的电阻能够有效消除限流电感对系统暂态响应和稳定运行的不利影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端环状柔性直流电网,充分验证了所提方法在保障限流效果的基础上能够有效改善系统的运行稳定性。

基于定向电流指令的构网变流器故障限流策略

构网控制技术可使变流器实现类似同步发电机的频率和电压支撑响应,有助于提高新型电力系统稳定性,其难点之一是在故障限流的同时提供支撑。为此,提出一种基于端口电压和内电势的压差进行电流指令定向的构网变流器故障限流策略。在该方法中,正、负序电流指令的角度分别滞后于正、负序压差90°,电流指令合成向量的最大幅值为变流器的过流能力,相当于通过控制分别产生正、负序自适应虚拟电感。该方法不需要直接计算虚拟电感值,且能够发挥变流器的最大支撑能力,实现类似同步发电机的故障电流特性。通过PSCAD/EMTDC搭建仿真系统,对所提出的故障限流策略进行验证,结果表明该策略能够在限制故障电流的同时对交流系统提供有效支撑。

具备短路故障限流能力的LCL-VSC变换器的设计与优化

传统的LCL变换器在发生短路故障时,不具备短路故障限流能力,只能通过断路器切除变换器,但故障切除后失去了对变换器的控制能力且断路器切除太慢时亦可能损坏功率开关管。相比于传统VSC变换器中LCL无源元件具有滤波的功能以外,新型LCL-VSC变换器通过合理的LCL参数设计可具有限制短路故障电流的能力。首先建立LCL变换器的数学模型,并分析了交流侧和直流侧短路故障时的故障电流特性,在此基础上提出一种合理的LCL无源参数设计与优化方案。该方案使LCL无源滤波器在滤除高频谐波的同时,利用其阻抗特性可有效的限制直流侧/交流侧短路故障电流,确保变换器在直流侧/交流侧短路时流过功率开关管的故障电流不高于其允许的最大工作电流,实现故障时对变换器的持续控制。最后,搭建200 k W的仿真实验系统验证了该优化设计方案的正确性和可行性。

开关型高压电网故障限流装置研制

针对日趋严重的电网短路电流超标问题,采用基于爆炸式快速开断载流桥体的大容量高速开关装置(Fast Switching Release,FSR)与限流电抗器一体技术研制了"节能型限流装置",并在宁夏220 kV步桥变电站成功运行;基于高速大遮断容量真空断路器技术、短路电流快速识别技术、相控技术与限流电抗器相结合研制了"330 kV开关型零损耗电网限流装置",并在宁夏330 kV迎安I线成功进行2次短路试验。现场运行及试验结果表明:2种开关型高压电网故障限流装置从根本上解决了电网故障限流技术实用化中面临的安全性、可靠性以及经济性等关键问题,标志着电网故障限流技术取得了一个突破性的进展。

二硼化钛颗粒材料的电阻变化特性及其在故障限流中的应用

二硼化钛(TiB2)颗粒材料具有故障限流的潜力。为实现这个目标,对颗粒材料的限流特性进行了研究。首先对压力-电阻关系进行了分析,二者满足幂函数关系。然后制作基于颗粒材料的样机,通过试验研究了材料尺寸和机构速度对限流效果的影响,发现材料尺寸越大、速度越快,限流效果越好。为进一步验证材料的限流能力,对材料的耐压特性进行测量,发现颗粒材料电压存在一个饱和值,该值取决于颗粒尺寸与材料性质。最后在PSCAD中建立颗粒材料电阻模型,对材料在电力系统中的限流效果进行仿真。仿真结果表明:颗粒材料与电抗器并联限流的方案可行性更高,可将故障电流峰值从34 kA限制到25.9 kA。该研究为颗粒材料在故障限流中的应用提供了参考。

具有故障限流功能的线间直流潮流控制器及其控制方法

针对多端直流输电系统潮流调节和故障电流抑制两大难题,提出一种具有故障限流功能的线间直流潮流控制器(IDCPFC),可以实现线路电流灵活调节和直流故障电流抑制。首先,介绍了IDCPFC的拓扑结构、工作原理和等效电路,该结构具有模块化、可拓展的优势,在此基础上提出了电压、电流分时控制方法。然后,分析了所提IDCPFC在直流短路故障工况下的运行特性,提出了闭锁降压限流方法和过压旁路保护策略,研究了故障电流抑制能力的影响因素及参数选取。最后,在PLECS中建立了三端直流系统的仿真模型,仿真结果证明了所提IDCPFC在潮流控制、功率阶跃和故障限流工况下的有效性,并研制了小型样机验证了IDCPFC的潮流调节和故障限流功能。

考虑故障限流的下垂控制型逆变器暂态控制策略

下垂控制型逆变器能够为电网提供电压与频率支撑,其安全稳定运行对电网意义重大。然而,在故障工况下,下垂控制型逆变器面临功角失稳与过电流问题,这严重威胁了下垂控制型逆变器的安全运行。目前的研究往往将功角控制与故障电流控制作为两个独立问题进行解决,鲜有研究兼顾功角控制与故障电流控制对下垂控制型逆变器展开综合调控。基于此,首先,对下垂控制型逆变器暂态特性展开分析,详细阐述电流限幅环节与无功-电压环路对逆变器暂态特性的影响。接着,提出兼顾故障限流与功角稳定性的下垂控制型逆变器暂态控制方法。所提方法综合考虑故障期间电网电压与逆变器端电压的变化,通过对有功-频率环路的优化调控实现功角稳定控制。此外,在功角控制的基础上,改进无功-电压环路控制实现故障电流的有效抑制。最后,通过仿真与实验验证了该文所提方法的有效性。

双极MMC-HVDC系统故障限流及换流器快速重启策略研究

随着模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的快速发展,远距离大容量架空线直流输电系统随之出现。相比于电缆线路,架空线输电易发生短路、闪络等瞬时故障,必须采取相应措施限制故障电流,避免系统停运。针对架空线真双极MMC-HVDC系统,分别从交流系统和换流阀的角度分析架空线路单极接地故障的等值电路模型和故障特性,推导故障电流的解析表达式。提出了一种新型故障限流模块,可有效抑制闭锁后短路电流幅值。依靠该限流模块的限流能力,设计了换流站快速重启策略。仿真结果证明,该限流方案可有效限制桥臂电流的大小及上升速率,消除系统交流侧及换流器内部续流二极管的过流危害,减小直流断路器的动作难度,加速故障极换流站重启,减少系统停运时间。

柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。

无隔离环节三相UPQC的故障限流保护的仿真研究

用户与供电公司都对电能质量水平提出了较高的要求。统一电能质量控制器(UPQC)正是由于兼有电压补偿和电流补偿的功能,越来越受到人们的重视。而无隔离环节的三相统一电能质量控制器,由于无需变压器等隔离环节,因而环节少、成本低,且克服了隔离变压器带来的一系列问题。在以前研究成果的基础上,针对负载侧短路时引起的过流问题,进行了研究,提出了相应的控制策略,从而限制了故障电流。最后通过PSCAD/EMTDC软件进行了仿真研究并取得仿真结果。

考虑暂态功角稳定和故障限流的并网逆变器下垂暂态控制策略

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性的影响以及暂态功角、短路电流与逆变器输出电压三者之间的关系。其次,以暂态功角稳定和故障限流为控制目标,通过在有功控制回路中引入暂态功角动态补偿项、在无功控制回路自适应调整电压参考指令值进行综合控制。最后,通过仿真实验验证了所提出控制策略不仅可以抑制故障过程中不平衡功率造成的功角持续增大和故障过电流,并一定程度上增加了故障期间无功功率,有利于故障电压恢复,从而实现下垂控制型逆变器在电网故障时的安全稳定运行。