基于边缘计算的分布式光伏双极故障的主动防护技术研究

光发电具有强随机性,强波动性,弱支撑性等显著特点。分布式光伏单元发电系统在运行中,因外部自然条件波动或内部故障等原因将造成正负极之间实时功率不平衡。为此,本文研究了一种基于边缘计算的分布式光伏双极故障的主动防护技术,将边缘计算应用到布式光伏发电管理中,对光伏发电完成实时、主动的监测,并通过边缘计算设备中的处理模块和运算模块,完成光伏发电信息的存储和处理;基于历史数据,识别出光伏系统中发生故障的可能性和位置,提前预测并预防双极故障的发生。基于此,为了为双极故障实现主动防护,本研究以故障检测和响应作为目标,构建双目标分布式光伏发电双极故障主动防护模型。为了验证分布式光伏双极故障的主动防护技术的有效性,以IEEE33节点分布式光伏发电场景作为实验场景。结果表明,本文方法能在双极故障发生时完成主动防护。

一种交直流混合输电系统直流侧双极故障保护策略

为进一步分析含柔性直流输电(MMC-HVDC)的交直流混合输电系统的故障特征,基于交直流混合输电系统和模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构,推导了MMC的数学模型,研究了直流系统双极短路的故障机理和故障特征,针对含MMC-HVDC的交直流混合输电系统的双极短路故障,设计了限流电路及闭锁换流站与交流断路器跳闸相结合的故障保护方案。以厦门市柔性直流输电系统为例,在PSCAD/EMTDC中搭建了交直流混合系统,并对保护方案进行了仿真验证。结果表明,提出的保护策略能有效地降低故障电流,提高系统稳定性。

基于MMC的柔性直流输电线路双极性故障检测方法研究

为快速、准确地识别模块化多电平多端柔性直流输电线路中的直流侧故障,提出了一种基于时间特性的模块化多电平多端柔性直流输电线路双极性故障检测方法。对双极性故障情况下的行波以及换流器电压波动进行分析,通过故障线与非故障线之间第一电压行波特性的差异进行快速故障检测。通过仿真验证了双极故障检测方法的合理性。结果表明,该方法不受过渡电阻的影响,故障距离对其影响也非常小,可以对双极性故障进行快速检测。

全桥配网柔直双极短路故障穿越策略研究

中压柔性直流配电网在新能源平滑接入、直流负荷高效供电等方面具备突出的优势,是配电网重要发展方向之一。双极短路故障作为最严重的直流系统故障,其故障发展速度快,短路电流冲击大,研究该场景下中压柔性直流配网如何故障穿越并实现快速故障恢复,对于提高中压柔直配网的供电可靠性与运行安全性具有重要的意义。针对中压柔性直流配电网中配网全桥柔直换流器,提出了故障穿越的控制方法和故障穿越的逻辑设计原则。最后,仿真与现场试验结果证明了所提中压柔直配网全桥换流器双极短路故障穿越方法的可行性和有效性。

特高压直流双极相继故障再启动策略

直流故障再启动功能对于提高特高压直流输电工程的运行可靠性具有重要意义。首先,分析了已投运特高压直流再启动对交流系统安全稳定性的影响。在此基础上,针对特定的交流运行方式,对特高压直流双极相继故障时序及系统稳定特性进行了分析,并基于分析结果提出了三段式相继再启动策略分析方法,以此作为制定特高压直流双极相继故障再启动策略的理论依据。最后,以西南某回特高压直流工程为例,验证了所提三段式再启动策略的有效性。

MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算

基于模块化多电平换流器的高压直流电网作为支撑高比例可再生能源接纳的有效手段,已经成为电网发展的重要方向。双极短路故障是输电线路发生的最严重故障,目前一般通过在s域内列写直流系统状态方程,然后再基于拉氏反变换求解故障电流,亟待提出短路电流的工程实用计算方法。为此,以张北柔性直流电网为研究对象,首先分析了输电线路双极短路的故障特性及耦合机理。在此基础上,将故障线路靠近阀侧的两端分别看作二端口,分析了故障电流与二端口两侧电压的关系。其次,基于正、负极线路二端口电压变化不大的思想,将环形直流电网简化为两端网络或开式网络,得到故障线路电流的实用计算方法,不再需要求解高阶的拉氏反变换而直接得到故障电流。最后,通过与电磁暂态仿真结果的对比,验证了实用计算方法的可行性与高效性。

应用于配网的MMC直流双极短路无闭锁故障穿越控制策略

由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有较好的控制特性且应用逐步成熟,其不仅应用于高压直流输电领域,在智能配电领域也具有广泛的应用。保障换流器在直流双极短路故障下不闭锁运行且实现故障快速自愈,成为了当前智能配电网柔性一次设备领域的研究热点。首先分析了采用全桥子模块(full bridge sub⁃module,FBSM)的MMC直流双极短路故障机理,随后提出了包含零电压故障穿越控制和直流电流控制的直流双极短路无闭锁故障穿越控制策略。故障发生后启动零电压故障穿越控制可抑制子模块电容放电,且使直流侧电流出现过零点便于直流断路器切断故障电流,在重新建立直流侧电压之后采用直流电流控制可线性抬升功率至故障恢复,实现换流设备无闭锁故障穿越及快速自愈。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了双端FBSM⁃MMC模型,验证了所提故障穿越策略的有效性。

双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态运行特性

双极短路故障作为最严重的直流系统故障,研究该场景下海上风电模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)并网系统的暂态运行特性对于系统的断路器配置与控制方案设计有着重要意义。首先分析了直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)未动作时换流站短路电流的产生机理,并提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法。其次,研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧暂态电压、电流特性,并考虑了风电场运行工况和限流电抗参数对其暂态特性的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态模型,通过仿真分析了双极短路故障下有无DCCB控制时换流站的暂态电压、电流特性。研究表明:所提短路电流计算方法具有良好的精度,且DCCB动作后风电场侧交、直流电压恢复速率与其输出有功功率呈正相关关系。该研究工作可为系统的电气设计、断路器选型提供理论依据,也可为系统故障恢复阶段控制方案的制定奠定基础。

MMC-HVDC双极短路故障机理及暂态特性研究

MMC-HVDC输电系统直流线路的双极短路故障严重威胁系统的安全稳定运行,针对该问题研究了故障的暂态过程,并对故障特性进行了详细分析。首先,针对换流器闭锁前阶段,提出了反映MMC子模块动态投切过程的等值电路模型,仿真结果表明该等值电路模型可以准确有效地反映MMC子模块的高频投切过程,子模块电容的交替放电使直流侧故障电流上升更加迅速;其次,针对换流器闭锁后阶段,结合等效电路建立了数学描述方程,提出了换流器闭锁后的三阶段分析方法。分析表明换流器闭锁后,各桥臂电流中除闭锁前电容放电产生的非周期分量外,还存在闭锁瞬间桥臂电感上出现的非周期分量;直流侧出口故障时,故障电流峰值可能在换流器闭锁后出现。PSCAD/EMTDC模型仿真验证了所提理论分析结果的正确性。

移相变压器在特高压直流双极闭锁故障中的应用

针对特高压直流双极闭锁故障,分析故障发生的原因,提出使用移相变压器,进行潮流转移,进而减少直流线路故障处理过程中需要切除的负荷量,就实际应用效果来看,移相变压器的应用,能够实现对潮流的控制,能够极大程度上确保电网供电系统运行的可靠性,具有较强的应用效果。

全桥型MMC-HVDC直流侧双极短路故障保护策略研究

随着柔性直流输电技术的快速发展,模块化多电平换流器在直流输电中也得到广泛应用。由于换流器内半桥子模块拓扑结构的缺点,在发生直流侧故障时,不能够产生负电平,所以无法在换流器直流侧输出极间零电压,极度阻碍直流输电的发展前景。研究全桥型模块化多电平换流器的拓扑结构,重点介绍全桥型MMC工作原理和特性,介绍基础的子模块电容电压平衡控制,研究全桥型MMC直流侧双极短路故障情况下的保护策略。最后,通过PSCAD/EMTDC软件仿真验证全桥子模块换流器能够有效阻断直流侧双极短路故障电流,实现故障电流的快速清除,验证保护策略的有效性。

模块化多电平换流器型高压直流变压器的直流故障特性研究

下一代高压直流电网技术成为未来电网发展的重要方向,高压直流变压器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备,也是制约直流电网推广的技术瓶颈之一。然而有关模块化多电平换流器型高压直流变压器(modular multilevel converter based HVDC transformer,M-HVDCT)拓扑的故障响应特性和故障穿越能力的研究尚未见诸报道。在搭建PSCAD/EMTDC仿真模型的基础上,首先分析了M-HVDCT的直流侧线路双极短路、单极接地短路故障机理,分析了系统的故障输出特性。结果表明,双极短路时的子模块电容放电是造成瞬态电流冲击的主因,而变压器耦合的阀侧馈能则是稳态故障电流的原因;M-HVDCT对双极短路故障具有故障隔离能力,而单极接地短路故障则会因为变压器的耦合作用而传到非故障侧,从而给系统带来负面影响。仿真实验结果验证了理论分析的正确性,研究结果将为直流电网技术的工程化研究提供重要的理论和工程应用基础。

MMC-HVDC混合旁路直流故障保护及重合闸控制策略

直流线路故障保护是基于模块化多电平的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统必须解决的关键问题。首先分析了基于混合旁路直流故障隔离的原理与隔离步骤,通过旁路桥臂转移故障电流,在零电流下断开快速机械开关,实现换流器与直流线路的物理隔离并清除直流故障电流。系统重合闸无需解锁子模块,通过旁路桥臂判断故障是否消除,并在零电压下闭合快速机械开关恢复系统运行。当判断直流故障为永久性故障时,换流器能够重启作为STATCOM运行。混合旁路直流故障保护方案能有效应对永久性、瞬时性直流双极短路故障。最后通过在PSCAD/EMTDC建立双端柔性直流输电仿真模型验证该方案的可行性。

一种新型直流故障限流器拓扑

基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展,直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点。故障限流技术能够快速的限制短路电流的峰值与上升率,为直流断路器的快速隔离提供有利条件。该文提出一种新型直流故障限流拓扑,通过在故障过程中降低等效电感、快速投入吸能电阻以及配合直流断路器,来降低短路电流的峰值、抑制电流的上升率和降低直流断路器中避雷器吸收能量,最终实现直流侧短路故障电流的快速清除。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证该拓扑的有效性,仿真实验结果表明,所提新型直流限流器能够降低直流故障电流峰值(降幅达57.4%)、电流上升率(抑制率达50.3%)以及直流断路器中避雷器吸收能量。

柔性直流配电网仿真与计算研究

以双端柔性直流配电网为例进行分析,研究了直流配电网的多种运行方式以及不同运行模式间的切换策略,对柔性直流配电网合环运行工况下的直流短路故障电流进行研究,提出了短路后极短暂时间内的故障电流计算方法。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,逐一验证了所提出的柔性直流配电网运行模式与切换策略,并仿真模拟了最严重情况下的直流侧双极短路故障。仿真结果表明:提出的直流配电网暂态故障电流计算方法能够精准预测故障电流最值,为限流设备的设计和选型提供依据。

基于储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复策略

提出一种适用于柔性直流配电网的故障快速恢复策略。首先提出了一种储能内置式换流器(ESBC)的拓扑结构,并对双极短路故障状态下ESBC闭锁前后的子模块电容电压和故障电流的暂态特性进行分析。进而提出基于储能的故障快速恢复策略,改进故障恢复时序,并提出子模块分阶段充放电策略以抑制冲击电流。最后将提出的协调控制策略与直流配电网相结合,实现在换流器闭锁期间,储能在为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间不间断供电的同时,对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到额定值,减小换流器解锁时的电压波动,为换流器重启动缩短时间。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,验证了所提策略的有效性。

基于钳位双子模块的MMC故障清除和重启能力分析

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程,从而达到无需交流断路器动作实现清除直流故障的目的。这种拓扑将半桥模块化MMC的调制方法和控制策略与可清除直流故障能力结合在一起,且具有结构简单、造价经济等特点。通过对半桥模块化MMC和钳位双子模块MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真,验证了基于钳位双子模块的MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果。

基于混合型MMC全桥子模块比例的直流侧故障隔离电压研究

混合型模块化多电平变流器（MMC）相比于传统MMC,是一种更新颖的直流换流器拓扑结构。该结构同时包含了全桥子模块和半桥子模块,相应地同时具有全桥子模块隔离直流侧双极短路故障的优势和半桥子模块的经济性。为此,研究了不同全桥子模块比例的混合型MMC隔离直流侧短路故障的能力,通过分析短路故障状态下的等效电路图,推导出全桥子模块电容的故障隔离电压值,在此基础上推导出了能有效隔离直流侧双极短路故障的混合型MMC全桥子模块比例的临界值的计算公式。最后PSCAD仿真验证了上述分析结果,证明合理地选择全桥子模块的比例对节约混合型MMC的成本和改善其隔离直流故障的能力,具有实际意义。

混合子模块MMC直流故障恢复能力仿真研究

直流侧故障是MMC最常见故障之一,为解决半桥子模块无直流故障恢复能力、全桥子模块具有直流故障恢复能力但功率器件较多的问题,提出一种基于半桥子模块和全桥子模块的具有直流故障恢复能力的混合子模块MMC。介绍混合子模块MMC的拓扑结构和工作原理,分析混合子模块MMC的直流故障机理,利用最近电平逼近作为调制策略,通过冒泡排序法均衡子模块间的电压,在PSCAD中搭建双端9电平混合子模块MMC仿真模型。对直流侧双极短路故障发生前后直流电流波形和电容电压波形进行分析,仿真验证所提方法的适用性和有效性。

柔性直流电网直流线路故障的过电压机理分析

针对对称单极结构的MMC型柔性直流输电系统,首先深入分析了直流侧单、双极短路的故障电流演变规律,进而揭示了非故障极充电和波过程分别是导致单极接地故障和双极短路故障过电压的主要原因。然后,以一个三端柔性直流电网为例进行仿真验证,并重点分析了不同因素对过电压的影响。研究结果表明,故障电阻对过电压峰值影响较大,而换流站闭锁、接地方式、线路保护等因素的影响较小。最后,对单极、双极故障过电压进行了总结和对比分析。