采用双电流转移支路的直流电网故障清除策略

为了解决模块化多电平换流器直流故障难以清除的问题,论文提出了一种采用双电流转移支路的直流电网故障清除策略。该策略通过在换流器直流侧增加双电流转移支路和能量耗散支路,使故障期间的故障电流被迫转移到这两个支路中,保证在低压小电流情形下断开故障线路,并可在故障隔离之后迅速恢复电网的正常运行。双电流转移支路安装在直流母线上,采用晶闸管与电容配合的方式起到转移换流器电容放电能量的作用;能量耗散支路安装在直流出线上,通过接地电阻消耗线路电感储存的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC验证了所提策略在故障清除和恢复运行方面较优的性能,并与其他直流断路器方案进行对比,体现了其在器件成本和器件数量方面良好的经济性。

低容值半桥型模块化多电平变换器直流故障辅助清除策略

通过谐波电流注入方式可有效减小子模块电容容值,进而降低模块化多电平变换器(MMC)的体积和质量,实现MMC的轻型化。该文通过对低容值半桥MMC直流故障工况特性的理论分析,指出在其他参数不变的情况下,低电容容值下的子模块电容存在放电速度快的现象,可导致故障清除过程中子模块低压闭锁问题。从等电荷角度出发,提出一种基于低容值半桥MMC的直流故障辅助清除策略。通过在MMC故障清除过程中根据电容比调整相投入子模块总数,可有效减小MMC子模块电容的放电量并实现系统的快速恢复。基于PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建仿真程序,通过仿真和实验验证了低容值MMC故障辅助清除策略的有效性。

基于故障清除专用自阻模块的改进型MMC运行控制策略

为解决传统半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)的直流故障清除问题,在传统HB-MMC的每个桥臂上分别增加了一个全桥结构的故障清除专用自阻模块,并通过合理的控制方法实现其稳态运行时电容电压波动情况的优化及直流故障时交流侧三相短路点的主动制造,从而实现改进型MMC稳态时的高效运行与基于无断流能力隔离开关对直流故障的清除。相比于传统的混合型MMC,改进型MMC不仅保留了直流故障快速清除的能力,同时在构建成本与运行损耗方面具有明显优势。基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提结构与控制策略的正确性与有效性。

集成直流故障换流电路的改进型混合MMC

基于全桥(FB)与半桥(HB)子模块的传统混合式模块化多电平换流器(MMC)是典型的具有直流故障自清除能力的MMC。然而,常规混合MMC中FB占比通常大于50%,增加了成本与损耗。鉴于此,为了减少混合MMC中FB的数量,提出一种集成晶闸管开关电容直流故障换流电路的改进型混合MMC。所提MMC中HB-MMC与FB-MMC均保留了各自完整的主体,并在交流侧采用三绕组变压器进行连接,在直流侧进行串联连接。同时,由于直流侧集成了一个基于晶闸管的开关电容结构,所提MMC能够实现直流故障的清除。研究表明,所提MMC中FB占比可降低至10%~25%,甚至更低(限制于交流电压的波形),在降低换流器成本的同时降低了通态损耗。仿真结果验证了分析的正确性。

LCC-MMC混合高压直流输电系统

提出并建立了一种新型混合直流输电系统,其整流侧由电网换相换流器(LCC)构成,逆变侧则采用模块化多电平换流器(MMC);该系统结合了LCC及MMC的优点。在所推导的输电系统准稳态数学模型的基础上设计了系统稳态控制策略及启动策略。为了弥补MMC无法清除直流故障的缺陷,在逆变侧的直流出口处装设大功率二极管阀组以阻断故障电流通路。用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建所设计的混合输电系统,并证明了所设计的控制器和启动策略的有效性、逆变侧MMC不存在换相失败的技术优势以及在逆变侧的直流出口处装设大功率二极管阀组以阻断故障电流通路的可行性。