直流电网直流短路故障电流计算方法研究进展

柔性直流电网直流侧短路故障传播机理研究是保护控制与故障清除的基础。针对不断涌现的短路电流计算方法,基于其特殊性及技术要求,首先从关键设备建模的角度,分别对比了采用不同换流器模型、不同线路模型、不同故障类型建模、含限流装置的模型、附加控制模型时计算方法的特点。然后,从状态方程列写及求解的角度,将现有方法分为全网等值求解类、方程近似求解类和仿真预测类,对比各类方法的等值与简化求解过程,指出其优缺点。进一步地,在PSCAD/EMTDC中分别搭建不同直流电网模型,从精度与速度、复杂电网适性三个维度对典型方法进行详尽对比,并总结了多种方法的适用场景。最后,根据未来复杂直流电网多节点、高耦合的特点,建议该领域围绕故障特性的高效解析和计算平台研发这两个方向展开研究。

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。

基于暂态能量流的MMC-HVDC系统故障建模及仿真分析

为分析由模块化多电平换流器(modular multilevel converters, MMC)构成的高压直流(high voltage direct current, HVDC)输电系统中的直流短路故障特性,可通过关注系统中暂态能量流(transient energy flow, TEF)的分布对MMC-HVDC系统进行暂态建模与仿真分析。对于单端MMC,可基于暂态能量守恒将半桥子模块(half bridge sub-modular, HBSM)电容等效为时变电容,建立将半桥子模块动态切换与交流汇入两个因素共同考虑在内的MMC暂态模型,分别列写并求解闭锁前后的状态方程,得到精确的MMC内部故障特征与TEF分布情况。对于复杂直流电网(HVDC grid),提出一种基于电磁暂态仿真结果的TEF分析方法,不仅可根据各部分TEF特征揭示直流故障演化规律,还可通过递推计算实现对故障电流的定量分析。最后,根据TEF流动规律提出一种考虑HBSM电容电压波动范围的暂态能量抑制策略,可有效降低故障电流并为后续故障保护争取更多时间。依据PSCAD中的仿真结果对暂态模型与能量抑制策略的正确性进行验证,同时将所提TEF分析方法应用在搭建的四端直流电网中,获取其故障传播特性。

考虑多端协同的柔性直流电网直流故障保护和恢复策略

现有关于柔性直流电网直流故障的研究,多集中于故障的隔离或清除过程,之后的恢复方面仅聚焦于单台设备,而直流故障的保护和恢复涉及众多设备,故障严重情况下还会影响多端换流站,因此需要研究包含多端、多设备协同的柔性直流电网直流故障保护和恢复策略。该文在进行直流电网一级保护和二级保护分类的基础上,完成5种故障保护和恢复情况的划分,并提出5种直流线路典型故障点与两种直流母线典型故障点。通过在多电压等级复杂拓扑直流电网中对典型故障点展开相关研究,提出适用于整个直流电网且包含多端、多设备协同的故障保护和恢复策略。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提策略能使直流电网安全快速地恢复运行。最后总结考虑多端、多设备协同的直流故障保护和恢复原则,该文所提策略可以为直流电网的实际运行提供参考。