Research on DC Fault of Multi-Terminal Direct Current System

This paper introduces the characteristics of VSC and MMC-MTDC and discusses the effects of different kinds of faults in HVDC systems. Special attention is given to the comparison between a pole-to-pole fault and a pole-to-ground fault occurring in the middle of the line or at the terminal of a VSC. Simulations using MATLAB are provided in this article which show the difference effects clearly when faults occur in a VSC-MTDC system or in a MMC-MTDC system. Understanding of such fault characteristics and the influence of the control system on them are important prerequisites on the way to MTDC systems.

Research on Parameter Collaborative Configuration of DC Circuit Breaker and DC Fault Current Limiter

Fault current suppression is the key technology to ensure the safe operation of the DC power distribution system. In order to realize the parameter collabora-tive configuration of the DC circuit breaker and the DC current limiter and improve the fault current suppression capability, the fault current suppression mechanism of the DC power distribution system is revealed based on the circuit model. Then, based on the mathematical model of the DC breaker, the characteristic parameters of DC breaking are extracted, and then the influence of different characteristic parameters on the breaking characteristics of fault current is studied. Finally, the mathematical model of the collaborative process between DC circuit breaker and DC current limiter is established. The charac-teristic parameters of fault current collaborative suppression are extracted. The coupling effects of different characteristic parameters on the fault current col-laborative suppression are studied. The principle of collaborative configuration of DC circuit breaker and DC current limiter is proposed, and the collaborative suppression ability of DC circuit breaker and DC current limiter to fault current is fully exploited to ensure the safe and reliable operation of the DC power distribution system.

基于电磁时间反演的VSC-HVDC系统架空线-电缆混合线路故障定位方法

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过该判别函数在不同区段发生故障时数值不同实现故障区段的判定。然后,分析了电磁时间反演理论在故障定位中的可行性,分析确定了故障特征谐波。利用线路两端特征谐波的电流行进波作为时间反演电路的电流源,设置与原线路拓扑结构镜像的线路,利用时间反演电流源与镜像线路构建时间反演电路。在此基础上,根据时间反演的能量聚焦特性列写故障区段内的故障定位方程并实现区段内故障定位。利用PSCAD/EMTDC搭建的电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统仿真证明了所提方法能实现线缆混合直流输电线路的故障定位。

基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断

目的为了解决双向DC-DC电力变换器的软故障诊断精度不高的问题,方法提出基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断模型。首先,分析双向DC-DC电力变换器中电容、电感和MOSFET管的故障机理,通过仿真实验模拟各元件失效后变换器的输出电气参数变化,从而确定变换器不同元件故障时对应的故障特征参数;其次,构建改进的LSTM-SVM双向DC-DC电力变换器故障诊断组合模型,在LSTM中添加Mogrifier门机制,提高LSTM提取时间序列原始数据中微弱特征的能力;最后,由于传统LSTM的末端分类器为Softmax,其主要解决单一元件诊断问题,变换器故障类型较多,维数较高,所以采用麻雀搜索算法优化的SVM代替原有的Softmax函数,对LSTM输出的数据进行故障分类,提高故障诊断的准确率。设置双向DC-DC电力变换器充放电两种状态下,包含电解电容、电感和MOSFET单双管故障在内的24组故障,分别采用本文构建的改进的LSTM-SVM和原始的LSTM-SVM双向DC-DC变换器故障诊断模型进行诊断。结果结果表明,改进的LSTM-SVM故障诊断模型诊断准确率平均值为99.71%,原始的LSTM-SVM故障诊断模型诊断准确率平均值为88.48%,改进的LSTM-SVM故障诊断模型对各元件的故障诊断正确率均高于原始的LSTM-SVM故障诊断模型的。结论基于改进LSTM-SVM的双向DC-DC电力变换器故障诊断模型实现了对双向DC-DC电力变换器中的电解电容、电感和MOSFET单双管故障的准确诊断。

核电厂安全级DCS缺省值设置策略研究

针对数字化仪控系统中无效信号的质量位随意蔓延使系统处于一种不确定状态的问题,结合核电厂运行工况和信号特性,对龙鳞平台故障诊断机制和信号质量位标识进行研究。考虑故障安全准则,系统性地提出缺省值设置原则。从信号执行功能和信号边界两个维度进行分析,确认缺省值的设置范围,并详细给出执行保护功能、报警功能、维护和试验功能信号的缺省值设置策略。同时,针对传统的缺省值验证方式无法全面、有效地进行缺省值验证的问题,提出一种利用全范围模拟机和虚拟数字化控制系统(DCS)进行缺省值验证的新方法。利用该方法可有效地对DCS内设置的缺省值进行系统性的验证。所提出的缺省值设置策略和验证方法可为后续核电厂安全级DCS的缺省值分析和设置提供全面的指导。

含主动限流控制的MMC-HVDC电网直流短路故障电流解析计算

传统的MMC-HVDC电网直流短路故障电流计算一般采用等效RLC电路方法。但是该方法没有考虑主动限流控制(ACLC)对等效电路RLC参数的影响,因此无法直接用于含ACLC的MMC-HVDC电网的直流短路故障电流的解析计算问题。该文通过将ACLC的控制效果等效为虚拟阻抗产生的压降,建立了体现ACLC的控制影响的等效RLC电路,以包含电流变化率限流环节的典型ACLC算法为例,推导了直流双极短路故障条件下ACLC的控制参数与虚拟阻抗的映射关系以及相应的直流故障电流解析表达式。最后,以基于含ACLC的半桥型四端MMC-HVDC电网为例,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,对采用ACLC的直流双极短路故障电流解析计算结果进行了验证。结果表明:故障后10ms内直流短路故障电流的PSCAD仿真结果与所提出的含ACLC的等效RLC电路解析计算结果的平均误差在8.29%以内,最大误差在10.99%。因此,使用所提出的方法具有工程实用性。

Modeling of High-frequency Electromagnetic Oscillation for DC Fault in MMC-HVDC Systems

DC short-circuit faults pose a hazard to the operation of a modular multilevel converter(MMC)-based high voltage direct current(HVDC)system,necessitating reliable fault clearing solutions with rapid reaction.However,because the parasitic capacitances of the main equipment oscillate with the lumped inductances of the HVDC system,strong electromagnetic oscillations with multiple frequencies occur during clearance transients.These oscillations will disturb the HVDC system’s protection and control systems.Therefore,this paper focuses on the modeling of these oscillations.First,an equivalent circuit for the MMC-based HVDC system is proposed,taking into account the parasitic capacitances of the system’s major components,such as DC reactors,connecting cables,and DC circuit breakers(DCCBs).Second,four distinct oscillation stages are postulated based on action coordination of MMCs and DCCBs,and the associated analytical equations for the oscillation frequencies are derived.Third,a 200 kV MMC-based DC converter station is subjected to an 6ms/6kA pole-to-pole(PTP)short-circuit test.Electromagnetic oscillations have a frequency range of several kHz to several hundreds of kHz.The measured waveforms correspond well with simulated results,including the parasitic characteristics.Additionally,the relative errors between the simulated and measured frequencies are less than 5%.

适用于MMC-MTDC的母线侧故障分析及保护策略

柔性直流输电系统中,直流故障的分析与判别是柔直系统中亟待解决的重要问题。为了更好地分析故障特征,推导出一种多端柔性直流输电网(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-MTDC)的母线侧简化电路故障计算方法,并分析了母线侧单极接地故障和极间短路故障的故障特征,在此基础上设计了一种适用于多端柔性直流输电网的故障判别方案和保护措施。该判别方案通过故障启动判据、故障区域判别和故障类型判别3个模块进行故障判定,采用了故障电压瞬时跌落值与系统电压之差及故障线路电流值作故障特征量,整套判别方案不受其他元件参数、故障位置等因素的影响,将Spearman相关性分析与传统电气故障区域判别相结合,准确判定系统区内外故障的同时,解决了故障区域判别中受线路各参数干扰导致误判的问题,仿真测试验证了本保护方案的可行性。

DC fault analysis for modular multilevel converter-based system

DC fault protection is the key technique for the development of the DC distribution and transmission system. This paper analyzes the transient characteristics of DC faults in a modular multilevel converter(MMC) based DC system combining with the numerical method. Meanwhile,lots of simulation tests based on MATLAB/Simulink are carried out to verify the correctness of the theoretical analysis. Finally, the technological difficulties of and requirements for the protection and isolation are discussed to provide the theoretical foundation for the design of dc fault protection strategy.

基于CRS-LMD和SVD的MMC-HVDC线路故障测距方法

直流输电线路故障行波波速不确定、波头提取困难以及噪声干扰等因素制约了直流电网中故障测距技术的应用。为了降低上述因素对定位准确性的影响,提出一种基于局部特征有理样条插值均值分解(LMD based on characteristic rational spline,CRS-LMD)和奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的故障测距方法。首先,利用特征尺度选取最优极点系数,结合有理样条插值调节拟合曲线的松紧程度,实现对故障电压行波的局部均值分解。其次,采用奇异值分解对故障行波波头进行准确提取。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了张北±500 kV柔性直流电网的仿真模型,模拟各种故障情况并输出故障数据,利用Matlab对故障数据进行处理并验证定位算法。最后,仿真结果表明,所提故障测距算法在不同故障距离和故障类型下均能实现故障测距,且在叠加噪声和过渡电阻的情况下也能保障较高的精确性。

基于MMC主动限流的VSC-HVDC双极短路故障控保协同策略

直流故障保护是柔性直流输电系统发展面临的主要挑战之一,利用模块化多电平换流器(MMC)的灵活控制实现限流已成为当前研究的热点。MMC的主动限流降低了故障电流变化率和故障电流幅值,易引起故障判断以及保护选择困难。文中以对称单极接线的柔性直流系统为研究对象,采用控保协同思想,将主动限流控制与故障识别相结合,提出了基于主动限流因子的故障区域识别与区分方法实现双极短路故障的区域识别与切除。首先,通过在MMC电流内环控制器中附加故障电流目标预设控制器,在故障发生后可快速跟踪故障电流的变化,自适应地调整MMC输出的直流电压将故障电流控制在预设目标参考值附近;其次,根据不同故障位置时故障电流目标预设控制器输出的限流因子快速确定故障区域。最后,在PSCAD/EMTDC中对四端柔性直流输电系统的不同故障场景进行了仿真分析,验证了所提控保协同策略的可行性和有效性。

核电DCS系统故障分析与处理策略探讨

为有效解决核电DCS系统故障,提高核电机组运行稳定性和安全性,介绍了核电DCS系统的结构组成和运行特点,指出DCS系统常见故障及其处理策略,并结合实际案例阐述了DCS系统网络通信故障的分析过程和处理方法。分析结果表明,核电DCS系统故障主要集中在机柜、现场回路、计算机固件和系统软件4个方面,只有树立预防性维修观念,严格落实系统检测和故障诊断,才能降低DCS系统故障的发生率,保证核电机组的运行安全。

化工企业生产中的DCS自动仪表系统故障维修技术

DCS系统在化工生产中扮演着核心角色,负责监控和控制工厂操作。然而,这些系统可能因多种原因遭遇故障,如传感器、控制器和通信系统等出现问题。这些故障可能导致生产效率下降、安全隐患增加,甚至造成重大的经济损失。因此,对这些系统的故障进行有效识别、诊断和维修是至关重要的。本文系统地分析了化工仪表自动控制系统中常见的故障类型及其原因,包括传感器、控制器和通讯故障,并深入探讨了DCS自动仪表系统故障维修技术的应用,涵盖故障识别、异常报警与诊断、维修模型的构建策略,旨在提升化工企业在面对DCS系统故障时的应对能力和维修效率。

DCS报警管理在PVC生产中的应用

采用报警管理平台对PVC生产过程中的DCS报警信息进行统计分析和数据挖掘,在DCS上进行了报警优化,通过增加条件报警减少了无效报警,实现了PVC生产事故预警、异常停机预警、设备故障预警,降低了装置维护成本,提高了生产效率。

基于IAO-ELM的DC-DC电路软故障诊断

针对DC-DC电路软故障诊断精确度差的问题,提出了一种基于改进的天鹰算法(IAO)-优化极限学习机(ELM)的故障诊断方法。采用变分模态分解的方法对原始的故障信号进行分解重构,提取时频域特征作为特征向量。使用SPM混沌映射、透镜反向学习、自适应权重和柯西变异策略改进天鹰算法,提升其寻优性能。采用IAO对ELM的输入权值和隐含层偏置进行优化,得到IAO-ELM诊断模型,提高分类精度。结果显示,IAO-ELM诊断模型的准确率为99.375%,能有效地实现DC-DC电路软故障诊断。

新时期火电厂DCS控制系统故障的应急处理和预防策略

新时期,火电厂的工作内容比较复杂,需要借助分散控制系统(Distributed Control System,DCS)提供控制方面的支持,这也要求加强DCS故障处理和预防工作。首先,分析火电厂DCS常见故障;其次,分析其应急处理方法及预防策略,分别就共性处理原则和硬件故障应急处理方法,以及建设故障感知模式、运用大数据组织预防等进行具体论述,呈现火电厂DCS故障特点的同时,为后续处理和预防活动提供必要参考。

结合DCS系统的火电厂故障自处理系统的设计

火电厂作为一个庞大的耦合系统,发生故障的频率很高,而目前火电厂传统的故障处理手段十分依赖于检修技术人员的水平,且处理过程存在很大的滞后性。针对这一系列问题,提出了一种深度结合火电厂原DCS控制系统的故障自处理系统,在原有的控制系统上新增多个模块,将数据分析、故障分析等工作交予先进的算法和模型执行,并给出故障结论和处理方式,作用到原DCS控制系统以实现火电厂故障的自处理。

基于最优特征训练支持向量机的MMC-HVDC输电线路故障检测方法

准确辨识MMC-HVDC系统的线路故障类型对于快速恢复故障线路正常运行有着重要的意义,但高阻接地故障一直是识别的难点。为此,提出了一种基于支持向量机的故障类型检测方法。该方法利用经验模态分解提取故障电压信号中的若干个高频模态量,通过粒子群优化算法寻找各个模态量的最优权值后重构波形信号作为特征样本训练分类模型。仿真结果验证,利用优化样本训练出的分类模型可以在低采样频率和较少故障波形采样点的情况下完成对不同类型故障的准确识别。

DC faults ride-through capability analysis of Full-Bridge MMC-MTDC System

Full-Bridge Modular Multilevel Converter(FBMMC) has strong ability to ride through serious DC faults,thus it is very suitable for multi-terminal flexible HVDC applications.However,no references have reported the locating and isolating of DC faults and corresponding DC faults ride-through capability evaluation index.This paper introduces the topology mechanism of FBMMC and its loss reduction operation mode,theoretically certifies that the universal decoupled control strategy of Voltage Source Converter(VSC) and the similar modulation strategies of Half-Bridge MMC(HBMMC) can be applied to FBMMC for constructing complete closed-loop control system.On the basis of the existing DC faults locating and isolating schemes of 2-level VSC based Multi-Terminal HVDC(VSC-MTDC) system and the particularity of FBMMC,this paper proposes the DC faults wire selection "handshaking" method of the FBMMC-MTDC system,and proposes the DC Fault Ride-Through Capability Index(DFRTI) for evaluating the DC faults suppressing capability of the VSC-MTDC systems,including FBMMC-MTDC.Simulations of FBMMC-MTDC in PSCAD/EMTDC validate the correctness and effectiveness of the proposed control strategy and evaluation index.

混合级联型HVDC系统的后续换相失败预判方法

白鹤滩—江苏±800k V特高压直流输电工程于2022年7月1日在中国投运,在世界上首次创造性地研发应用了特高压混合级联直流输电新技术方案。基于此系统背景对逆变侧电网换相换流器(line commutated converter,LCC)进行具有一定时间裕度的后续换相失败预判。分析了LCC控制器对电气量的控制作用和模块化多电平换流器(modular multilevel converters,MMC)对LCC的电压支撑作用,明确了混合级联直流输电系统逆变侧LCC发生后续换相失败的机理。推导了逆变侧LCC在首次换相失败后恢复过程末期关断角与故障后线路传输功率最小值的关系,定义了阈值功率的概念。然后建立了关断角与阈值功率的定量关系,提出一种故障后直流传输功率最小值与功率阈值相比较的后续换相失败预判方法。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了相应的仿真模型,验证了理论分析和预测方法的准确性。