采用高低阀接线的嵌套型MMC拓扑及其直流故障穿越策略

在采用高低阀接线的半桥型模块化多电平换流器(MMC)特高压远距离直流输电系统中,故障清除所需的特高压直流断路器尚不成熟,并且成本较高。针对上述问题,文中提出一种采用高低阀接线的嵌套型MMC拓扑。参考全桥子模块运行的基本原理,设计辅助高阀MMC进行电压极性反转的外嵌桥臂、内嵌能量转移支路,使半桥型MMC换流站实现较混合型MMC成本更低的无闭锁直流故障穿越。根据故障清除期间各支路的通断时序与不同器件的通断用时,设计了故障穿越控制策略。通过对各阶段器件的电流、电压应力进行分析,为器件提供选型与数目配置依据。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提策略的有效性,并将器件成本和运行损耗与现有MMC方案进行对比,证明了所提方案更具经济优势。

基于半马尔科夫过程的混合式直流断路器多状态可靠性分析

混合式直流断路器是柔性直流输电系统中实现故障快速切除的关键设备,其可靠性直接影响柔性直流输电系统的运行水平。首先综合考虑设备多级劣化状态、维修状态和老化状态,建立混合式直流断路器多状态转移模型。之后在拓扑分析的基础上通过可靠性框图法计算其基础故障率水平,结合健康指数理论和威布尔分布得到考虑状态差异的离散化时变故障率模型,同时纳入巡检率和维修率得到多状态转移率模型。进而基于半马尔科夫过程进行可靠性分析。算例以某柔直示范工程为背景计算混合式直流断路器多状态可靠性指标,并对其巡检周期和各冗余系统冗余度进行灵敏度分析,研究可为混合式直流断路器的巡检安排和冗余配置提供策略参考。

嵌套型MMC的数学模型与故障特性分析

半全混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multi-level converter,hybrid-MMC)能够实现无闭锁故障穿越,但是其全桥子模块比例必须达到50%以上,如何进一步降低成本具有重要的工程价值。基于嵌套式全桥阀段的嵌套型MMC(embedded full bridge modular multi-level converter,EFB-MMC)同样具有无闭锁故障穿越能力,但是其机理分析与故障穿越特性还需要进一步深入研究。该文从半全混合型MMC与EFB-MMC的拓扑结构出发,介绍2种方案的故障穿越机理;根据EFB-MMC的故障清除特性,给出了不同时段故障电流的表达式,并在仿真中验证。在双端系统中对比了2种方案在故障工况下的故障清除特性和恢复过程,并比较两者的投资成本和损耗差异。结果表明EFB-MMC与半全混合型MMC的故障清除效果相近,但是更具备成本优势,具备进一步研究价值。

基于基频调制电流源换流器的直流线路全线速动保护

基频调制电流源换流器(fundamental frequency modulation-based current sourced converter,FFM-CSC)作为一种新型电流源换流器,能够解决传统直流输电工程面临的换相失败及无功消耗问题,兼具电流源和电压源换流器部分优势。直流线路接地作为直流系统中几乎最严重的故障,针对FFM-CSC换流站短路过程研究缺乏定量分析,不利于系统参数设计和故障保护识别,限制了FFM-CSC的推广应用。论文针对双极12脉动FFM-CSC系统,建立短路故障等效电路,推导故障初期过电流的解析计算公式;并针对直流线路短路特点,提出基于单端监测量的保护算法,可作为直流线路主保护。该算法计算要求低,数学原理清晰,可随系统参数和运行工况的改变灵活调整。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建FFM-CSC直流系统详细模型,验证数学表达式准确性,同时证明保护算法的安全可靠性。