MMC-HVDC直流侧故障特性仿真分析

由于拓扑和调制策略的不同,基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统在直流侧发生故障时呈现出与两电平电压源型直流输电(VSC-HVDC)系统不同的故障特性。在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型基础上,首先分析了MMC-HVDC直流侧线路单极接地、断线和两极短路的故障特性及其对系统运行的影响;然后针对半桥型子模块结构不能够双向阻断故障电流的问题,对子模块拓扑进行了重新设计,通过改变流经子模块电流方向,实现了桥臂电容双向充电,从而提供了续流二极管阻断电压;最后对直流侧两极短路故障进行了仿真分析,仿真结果表明,改进拓扑有效地抑制了直流侧故障电流,避免了交流断路器动作。

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。

基于辅助电路的MMC-HVDC直流故障处理策略

直流线路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。文中提出一种基于辅助电路的直流故障处理策略,即双向晶闸管与开关型零损耗限流装置相配合的保护方案。首先分析了直流故障电流自然衰减的直流保护原理及现有方案的缺陷,进而提出采用双向晶闸管代替背靠背晶闸管集中配置在交流侧的方法来简化其控制回路;通过与开关型零损耗限流装置相配合,并对限流电抗器进行合理设计,能够使保护在不增加运行损耗的同时具有快速抑制短路电流的能力,降低清除直流故障时对交流系统长时间的冲击。此外,进一步提出相应的故障检测及恢复策略。最后,基于PSCAD仿真平台验证了所述保护方案的有效性。

DC-DC电源模块故障诊断方法

DC-DC电源模块作为电子系统电源供应器,随着在工程设备中应用广泛,其退化情况与故障情况越来越受到关注。针对DC-DC电源模块的很多研究都倾向于把其内部某些器件单独拿出来进行分析,并研究相应的测试方法。论文通过有限元分析得出电源模块内部薄弱环节,并利用PSpice仿真得出了内部器件故障特征的确定方法。通过对输出波形的分析,实现了光电耦合器和MOS管的故障诊断,结果显示光电耦合器对电路抗干扰的调节能力有较大影响。MOS管对输出电压水平影响较大。论文通过电路仿真得到故障数据,利用Matlab对数据进行分析,完成了DC-DC电源模块故障诊断研究。

FF总线仪表在铜冶炼DCS系统中的应用

FF总线仪表是目前国际最流行的总线型智能仪表,它与传统的智能仪表相比,在内部增加了PID控制、逻辑运算以及自诊断等功能,极大地方便了使用者的现场应用及故障处理。本文主要介绍了FF总线仪表在铜冶炼项目DeltaV DCS系统的应用过程,以及如何应用AMS设备管理系统对FF仪表进行管理和设备故障处理。

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。

三电平Buck-Boost变流器直流电容与IGBT开路故障非侵入式监测方法

三电平Buck-Boost变流器具有双向馈能和能量传输高效的特点。针对直流电容器容值衰退和IGBT开路故障两种典型失效模式,提出了一种利用变流器自身传感器同时对直流电容容值衰退和IGBT开路故障非侵入式在线监测的方法。首先,分析了三电平Buck-Boost变流器开关运行模态及其切换顺序。然后,采用特定开关模态消除直流电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)影响,分别推导了子模块电容的容值特征解析表达式。最后,利用每个开关周期计算出的等效容值特征检测和定位IGBT开路故障。仿真和实验结果表明:利用开关模态容值特征能够同时监测三电平Buck-Boost变流器直流电容状态和IGBT开路故障,平均容值监测误差小于1%且可以消除ESR的影响,利用容值特征畸变能够在2~3个开关周期内检测出IGBT开路故障。

高压直流输电模块化多电平换流器拓扑研究

基于VSC(Voltage Source Converter)的高压直流输电为解决大规模清洁能源并网等问题提供了新方法,现已投运的VSC-HVDC工程无法有效处理直流故障。阐述传统H-MMC拓扑无法快速有效阻断直流侧故障电流的原因,重点对比分析目前已提出的3类具备直流侧故障切除的改进型换流器拓扑结构的共性与不同点,研究其清除直流侧故障的机理。通过PSCAD/EMTDC软件对不同拓扑组成的换流器进行仿真分析,验证了提出的换流器阻断直流侧故障电流的机理,改进型拓扑组成的换流器具有较好的应用前景。

NPC型三电平逆变器容错控制模式下的母线电容电压波动分析及其抑制

在给出故障重构和容错控制策略的基础上,重点建立NPC型三电平逆变系统的数学模型,并给出同步旋转坐标系下的等效电路,分析故障前和两类故障容错控制后母线电容电压的波动机理,并给出统一的母线电容电压波动的抑制策略。通过实验对理论推导的母线电容电压波动规律及两类容错控制模式下母线电容电压波动抑制策略进行验证。结果表明,故障和容错控制模式下控制母线电容电压波动的关键在于通过注入零序电压来控制等效并联导纳相等。

提升直驱型永磁风电机组故障穿越能力的改进控制策略研究

为了提高直驱型永磁风电机组故障穿越能力,提出一种新的故障穿越策略。通过采用紧急变桨技术,减少故障期间风机的出力,降低直流母线两端的功率不平衡,以限制直流母线过电压。提出一种新颖的控制直流母线侧电容器投切方案,故障期间增加直流电容容量,进一步限制故障期间直流母线电压骤升。充分利用风电机组的无功能力,网侧变流器采用电压控制模式,为系统在故障期间提供无功支撑。给出了详细的故障穿越方案,并在仿真软件DIg SILENT中建立仿真模型,设计了低电压故障和高电压故障两个算例。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效的限制故障期间直流母线过电压,为系统提供了足够的无功支撑,协助并网点电压快速恢复,提升了风电机组的故障穿越能力。

光伏直流汇集系统中母线开关电容稳压控制及短路电流抑制

光伏直流汇集系统中,通常采用并联大容量电解电容的方法来抑制直流母线侧的低频电压纹波,但系统发生极间短路时,大容量的直流母线电容迅速放电会产生幅值较大的短路电流,不利于系统的控制和保护运行。为了减小直流母线电解电容的使用及降低极间短路工况下的短路电流,提出在光伏直流汇集系统中采用基于Buck-Boost电路的开关电容拓扑结构,并针对该拓扑结构提出了一种等效电容值灵活可调的控制策略。研究结果表明:该拓扑及控制方法可以有效抑制电压纹波,减少电解电容的使用,实现系统的无电解电容化;在极间短路工况下,同时闭锁DC/DC换流器和开关电容可有效减小短路电流,提高系统的控制保护特性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真模型验证了开关电容拓扑和控制策略的有效性。

中性点箝位型逆变器直流侧电容故障诊断方法

由于中性点箝位(NPC)型三电平逆变器直流侧(DC-Link)电容参数性故障存在过程缓慢和电气特征量变化微小的特点,导致状态监测不准确,并造成故障诊断准确率低的问题,提出一种时域-频域特征融合和改进相关向量机(RVM)的故障诊断方法。以NPC型三电平逆变器为研究对象,首先通过时域和频域方法分析输出线电压故障信号,并构建其复合故障特征向量;然后用融合特征向量训练和测试改进RVM(RVM-AdaBoost)模型,实现对NPC型三电平逆变器DC-Link电容参数性故障诊断的研究。最后对比实验结果表明:所提出的融合特征提取和RVM-AdaBoost的逆变器参数性故障诊断模型的优势,各项预测评价指标结果相对较好,能够较为准确地监测逆变器直流侧电容的状态。

单相四象限整流器故障诊断方法研究

对四象限整流器主电路故障以及相应的影响进行分析和总结,重点针对中间直流环节预充电过程中的电压和电流参数方程进行分析,提出变流器输入电流和中间直流环节电压的估算方法。将估算参数与实际检测结果进行对比,利用不同故障点在预充电过程的表现可以进行相应的故障诊断。通过仿真和试验对不同故障点的工况进行模拟和分析,结果表明提出的故障诊断方法有效可行。

故障相桥臂转移接地消弧装置直流侧电压控制方法

为解决传统三相直挂式柔性消弧装置非故障相桥臂承担线电压的问题,提出一种故障相桥臂转移接地的消弧方法。该方法通过开关控制故障相桥臂转移接地,母线电压由故障相桥臂与非故障相桥臂共同承担,三相桥臂共同输出电流,以实现消弧。针对级联H桥直流侧需独立供电的问题,提出分布式电压平衡换流调制方法。该调制方法根据H桥输出状态和电流方向对直流侧电容充放电的影响,有选择地改变H桥的输出状态,进而实现直流侧电压的稳定。使用该调制方法的消弧装置无须在直流侧配备独立供电电源,在消弧过程中能保持H桥直流侧电压稳定。最后,采用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果证明了所提方法的有效性。