MMC直流侧故障有源限流策略

为了避免直流短路故障威胁到模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型柔性直流电网的安全可靠运行,该文提出了一种适用于半桥型MMC直流侧故障的有源限流策略,限制直流短路电流和桥臂电流的峰值及上升速率。首先,该文阐述了故障期间系统控制策略对故障电流的影响,然后通过反馈桥臂电流分别调整差、共模调制波,进而改变上、下桥臂中子模块的数量及分配,达到快速抑制交、直流侧故障电流的目的。其次,推导了考虑有源限流策略下的故障电流解析式,并分析了该限流策略对控制系统稳定性的影响,为有源阻尼参数选取提供理论依据。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网模型,仿真结果表明:有源限流策略不仅能够显著降低直流断路器开断故障电流,且能保证桥臂内器件的安全。

两电平VSC-HVDC系统直流侧接地方式选择

基于开关函数法对两电平电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)系统进行了建模,分析了正弦脉宽调制(SPWM)时VSC的谐波特性,指出零序的载波频率次谐波电压、电流是VSC交流侧的主要谐波分量,推导了该零序谐波电流经开关函数中的基波分量作用后将在直流侧形成载波频率次不平衡谐波电流。发现了直流侧不平衡谐波电流流通路径与直流侧的接地方式密切相关,只有VSC-HVDC系统两端直流侧都接地,直流侧不平衡谐波电流才能通过本端直流侧接地点和交流侧高通滤波器接地点流通而被限制在本地,否则该高频谐波电流将在输电线路上流通,从而引发一系列危害。在PSCAD/EMTDC下搭建VSC-HVDC系统进行了仿真分析,验证了以上结果,提出了两电平VSC-HVDC系统需要采用两端直流侧都接地的拓扑结构。

初级反馈AC/DC转换器的高低压OCP补偿电路设计

初级反馈结构形式的AC/DC转换器近几年来引起了国内外学者与应用工程师的研究和关注。对初级反馈结构的AC/DC转换器进行高低压过流保护(OCP)补偿,是提高此种结构AC/DC转换器性能,扩大其使用范围的关键性技术。论文介绍了一种在系统板级补偿初级反馈AC/DC转换器高低压OCP的方法后,提出一种利用驱动管导通时间的不同来补偿高低压OCP的方法。论文论证了利用驱动管导通时间不同实现高低压OCP补偿的原理,并采用此方法设计了一款初级反馈AC/DC转化器且投入实用。通过对设计的无高低压OCP补偿和有高低压OCP补偿两种AC/DC转换器进行对比测试,结果表明论文提出的补偿方法可以将AC/DC转换器的高低压OCP差值缩小33～47mA,提高了转换器的性能,对初级反馈AC/DC转化器的设计具有一定的参考意义。

高精度双向DC电源电流采样电路设计

为适应双向DC/DC功率变换的电流采样需求,一种高精度高边电流采样电路被提出。其基本思想是在功率电路的高边串入采样电阻,借助电流镜原理并引入偏置电流电路,将双向电流均转换为正向电压输出。通过理论分析与仿真结合的方法对电流镜采样原理及4种不同的偏置电流电路方案进行对比,最后通过实验数据验证了高精度高边电流采样电路的有效性。实验数据表明,该采样电路可在-25~75℃的温度工作范围内,针对-10^+10 A范围内的电流采样实现优于5%的采样精度。

适用于架空线的MMC-HVDC换流站子单元拓扑系列

本文提出一系列新型故障隔离型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子单元拓扑结构。与全桥型MMC拓扑结构相比,使MMC柔性直流输电具备直流侧故障处理能力的同时,优化了建设成本与运行损耗。本文详细描述了几种新型拓扑结构的直流侧故障电流阻断机理,介绍了一种基于故障隔离型子单元的新型换流站拓扑思路,并搭建了单相实验样机平台,实验进一步验证了该类拓扑结构的有效性。

一种新型全桥变桥臂型VSC-HVDC变流拓扑

目前广泛应用于VSC-HVDC的变流方案主要有3种:HVDC-light、HVDC-Plus和变桥臂多电平拓扑(alternativearm multi-level converter,A2MC)。A2MC结构采用变桥臂技术,在直流母线、损耗、子单元数量上与另外两种方案相比都有所改进。基于变桥臂变流原理,提出一种全桥型变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternative arm multi-levelconverter,FA2MC),对柔性直流输电变流器性能进一步优化。系统阐述该拓扑结构的工作原理,并对FA2MC结构、A2MC结构和模块化多电平变流(modulator multilevelconverter,MMC)结构的子单元数量、IGBT数量以及损耗进行数学分析和理论推导。所提出的FA2MC结构在A2MC结构的基础上进一步降低了直流母线电压等级、子单元和所需IGBT数量,并且延续了A2MC结构损耗较低、具有直流侧故障阻隔能力的优势。仿真与实验结果验证了新拓扑结构的正确性和有效性。

一种有源箝位电流型DC/DC变换器的设计

针对高边有源箝位ZVS电流型DC/DC变换器箝位电容电流纹波对输入电流的影响及次级整流二极管硬开关等问题,提出了一种次级谐振倍压整流低边有源箝位电流型DC/DC变换器.首先分析了所提变换器工作原理,然后对其电路参数进行设计,最后运用Matlab/Simulink软件进行了仿真.仿真结果表明,次级谐振倍压整流低边有源箝位电流型DC/DC变换器能消除箝位电容电流纹波对输入电流的影响,解决了次级整流二极管硬开关问题,实现了倍压功能.

适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法

在工程应用中,Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本,此时,上、下直流侧的输出电压和功率不再相等,矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析,通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制,简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件,并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率,为工程参数设计提供参考。此外,分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题,提出了抑制电流过零畸变的方法,并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。

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。

直流侧直挂储能拓扑结构及控制策略研究

电压源换流器直流侧直挂储能可应用于有源或者无源的电网系统中,具有削峰填谷、减少新能源的弃风、弃光等优点。针对电压源换流器直流侧直挂储能的拓扑结构,首先介绍了直流侧储能的基本工作原理,提出了极控制层定直流电压控制和定直流电流控制两种控制方式;接着考虑到这两种控制方式均采用子模块数量前馈控制,提出了直流电压开环控制;最后搭建RTDS(实时数字仿真系统)并进行了稳态、动态和控制方式切换试验。结果表明,采用该拓扑结构的直流侧储能具有良好的稳态运行及动态电压、电流响应特性,具备一定的应用与推广价值。

适用于大规模风、光直流送出系统的子模块IGBT开路故障诊断策略

在大规模风、光直流集中送出系统中,采用模块化多电平换流器(MMC)实现高压直流输电(HVDC)成为新的发展趋势。但在系统运行过程中,子模块发生故障的概率较高,对故障进行快速、准确的诊断及定位是维持系统稳定运行的关键。针对子模块内部开路故障,在分析子模块内部故障特性的基础上,以直流侧电压测量值与计算值的差值判断故障是否发生以及发生类型,以输出相电流为观测量搭建滑膜观测器,根据输出相电流的测量值与计算值的差值和变化率判断故障所处的桥臂,根据故障类型选取对应开关状态的子模块,利用子模块电容电流理论值与实际值的比值进行定位;最后在PSCAD/EMTDC搭建双端21电平MMC-HVDC系统,仿真结果表明,所提出的策略能够快速实现子模块故障的诊断并进行快速可靠的就地保护。

直流侧免供电的配电网接地故障电流柔性调控方法

传统的配电网单相接地故障电流柔性调控装置存在拓扑结构复杂、安装位置受限、直流侧供电困难等问题。基于新型的两相直挂式装置,文章提出一种直流侧免供电的配电网接地故障电流柔性调控方法,可以解决上述问题。两相直挂式装置所需桥臂数量少,且限流电感可复用为分压电感,整体结构得到简化;装置无需经接地变压器接入配电网,便于在馈线处安装,可实现接地故障电流的分散式调控;调控接地故障电流时,根据“电压电流垂直”原则,在两相直挂式装置的两桥臂间,分配算得的接地故障调控总电流,可实现装置直流侧免供电。此外,降低装置并网冲击电流而采用的软并网方法、遵循“电压电流同相位”的充电控制原则等,是两相直挂式装置实现接地故障电流有效调控的前期保障。最后,Matlab/Simulink软件仿真验证所提方法的有效性。

基于直流侧短路电流在城市轨道交通供电中的故障定位技术

本文为实现城市轨道交通供电稳定性,以“城市轨道交通供电”为背景,针对直流侧短路故障类型,分析了直流侧短路电流对城市轨道交通供电的影响,并从阻抗法、贝瑞隆模型故障定位法、行波法等多个方面入手,为实现对城市轨道交通直流侧短路故障精确化定位提出具体建议,然后采用实例分析法,验证行波测距法的可靠性和有效性。

基于直流侧电流检测的逆变器开路故障诊断方法

针对变频驱动系统中的逆变器开关管开路故障,应用开关函数的双傅里叶变换技术,分析逆变器的直流侧电流在正常运行、单管开路故障及一相开路故障时的频谱:逆变器正常运行时,其直流侧电流频谱的低频部分只包含直流成分;逆变器单管开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分会出现调制信号的频率成分;逆变器一相开路故障时,其直流侧电流频谱的低频部分除了直流成分外,还会出现调制信号的二次谐波成分。通过检测直流侧电流的频率成分就可实现逆变器单管开路故障及一相开路故障的故障诊断。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

交流发电机整流供电系统故障限流装置的分析与设计

提出了一种新型的整流发电机供电系统区域间限流保护方案及限流器电路。给出了适用于限流器分析的整流发电机的简化模型。建立了该型限流器的数学模型,得到了整流发电机电源参数对FCL承受的最大电压和最大电流的影响关系,通过MATLAB仿真验证了简化模型和所推导结论的正确性。研制出小功率实验样机,完成了三相整流同步发电机直流侧突然短路故障时限流的动态模拟实验。实验结果表明该限流器设计合理,限流效果明显。

同相供电系统的改进型电流检测方法

基于YNvd平衡变压器和综合潮流控制器(integrated power flow controller,IPFC)相结合构成的同相供电系统,在机车运行状态改变时进行了仿真分析。当同相供电系统采用传统型电流检测方法,在机车由牵引状态转变为电气制动状态时,由于传统型电流检测方法的缺陷性,IPFC直流侧电容电压会急剧上升。而基于Fryze功率定义的改进型电流检测方法则可以避免该问题,另外改进型电流检测方法可应用于部分补偿模式。仿真结果证明了改进型电流检测方法的可行性。

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。

直流侧串联型有源电力滤波器的单周控制方法

单周控制(one cycle control,OCC)因其控制结构简单,控制精度高,响应速度快等优点,已被广泛用于有源电力滤波器(active power filter,APF)的控制。目前单周控制技术主要集中在并联型APF的控制中,而对单周控制应用于串联型APF仍需要进一步研究。文中将单周控制理论应于直流侧串联型APF,通过对其主电路工作原理的分析,导出了用于DC(direct current)侧串联型APF的单周控制数学关系,并建立了控制方程。仿真结果验证该理论的正确性与可靠性。

并联有源电力滤波器的软启动

阐述了并联有源电力滤波器在启动过程中直流侧电压和电流过冲的问题,提出了一种改进的软启动控制策略,并将其与传统的PI控制方法相结合,有效降低了启动瞬间的冲击电压和冲击电流.在电源电流直接控制方法的基础上,阐述了负载动态情况时的直流侧电压的控制问题,并用仿真软件MATLAB/Simulink进行仿真验证,结果证明了该方法理论上的正确性.

基于小波包分解的逆变器一相开路故障诊断

应用开关函数的双傅里叶变换技术,分析逆变器的直流侧电流的频谱,得出逆变器一相开路故障时的故障特征频率。利用小波包分解的分频特性,对逆变器直流侧电流信号进行小波包分解,求得故障特征频率相应子频带的小波包分解系数的均方根值,并将其作为逆变器一相开路故障的故障特征,以此作为逆变器一相开路故障诊断的依据。试验结果证明了该方法应用于逆变器一相开路故障诊断的可行性。