含直流断路器的双极接线柔性直流输电系统MMC交流侧单相接地故障研究

双极接线柔性直流输电系统采用中性母线接地,换流器交流侧对地电压含有直流偏置,换流器交流侧发生单相接地故障特性不同于对称单极接线系统。柔性直流输电系统配置直流断路器时,换流器交流侧接地故障后可利用直流断路器的直流电流分断能力快速隔离故障。针对含直流断路器的双极接线柔性直流输电系统,分析了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流侧单相接地故障机理,阐述了MMC保护闭锁前后故障相和非故障相上、下桥臂的故障电流通路,推导了故障状态下桥臂的电压、电流解析方程。分析了保护动作、直流断路器对MMC子模块过电压的影响,为换流阀子模块过电压保护设计、定值整定提供指导。最后,通过搭建的±500 kV柔性直流输电系统PSCAD/EMTDC仿真模型,仿真验证了理论分析的正确性。

双U/f下垂控制下双极MMC-HVDC系统交流阻抗建模及稳定性分析

基于模块化多电平换流器的高压柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high voltage direct current,MMC-HVDC)常采用双极接线方式以提高系统功率输送能力和可靠性。然而目前对于风电场经柔直外送系统的稳定性研究集中于单极接线方式,孤岛直驱风电场与采用不同双极协调控制的双极MMC-HVDC互联系统小信号稳定性问题还有待进一步探究。该文首先考虑频率耦合特性、参考系初相位和直流侧耦合特性的影响,分别建立了采用双U/f下垂控制和定U/f-P/Q控制的双极MMC-HVDC系统交流侧等效SISO阻抗模型,并详细分析了金属回线阻抗和双极间功率均分度对交流阻抗特性的影响。接着对比研究了两种协调控制中共有控制环路和特有控制环路对交流侧负电阻特性及互联系统稳定性的影响规律。最后,孤岛直驱风电场经两种双极协调控制下双极MMC-HVDC外送系统Matlab/Simulink时域仿真结果和硬件在环半实物实时仿真实验结果验证了所提出的小信号阻抗模型的精确性和稳定性分析结论的有效性。

基于磁性元件自平衡的双极模块化多电平直流变压器

双极模块化多电平直流变压器可以满足低压用户对多电压等级、可靠供电以及用电安全等方面的需求,而由其两个直流极之间的功率不平衡所导致的电压不平衡以及不稳定问题是面临的技术挑战。基于二极管中性点箝位三电平半桥变换器,提出一种基于磁性元件自平衡的双极模块化多电平直流变压器拓扑。阐述其自平衡机理,分析开关器件的电流应力,给出了整体的控制策略。与额外使用电压平衡器相比,具有开关器件数量少、占地空间小、平衡电压能力强等优点。最后,基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了所提拓扑结构及控制策略的有效性和可行性。

分极接入模式的多端直流特点与故障响应比较

大容量直流输电受端采用多端直流接入模式,有利于解决其大容量直流馈入电网特别是多回直流集中馈入电网带来的稳定性问题。介绍了分极接入、并联多端接入两种主要多端直流受端接入模式的设计特点,对交直流故障进行了电磁暂态仿真分析,对比了两种直流受端接入模式的故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响的区别,指出分极接入模式下任何一极接入弱交流系统,均会影响整个直流系统的稳定运行能力,直流线路瞬时故障期间另一极接入的逆变站受影响小。研究结果可以为电力系统应对大容量直流接入优化设计提供参考。