CIGRE多馈入直流短路比指标影响因素及机理

多馈入直流系统强非线性、强耦合特征使评估交直流系统之间相对强弱关系变得异常复杂。基于2008年CIGRE直流工作组提出的多馈入直流短路比(MISCR)定义,分析了MISCR构成元素及影响其大小的因素和内在机理,详细论证了直流落点间联络阻抗、系统等值阻抗、直流功率等元素之间相互关系对MISCR的影响及其变化特征,给出了临界条件和拐点解析解;并进一步研究了含有直流系统的两区域联网对MISCR的影响,推导得出联网前后SCR到MISCR的变化规律;最后,指出了MISCR后续改进研究应考虑的问题。所得结论可用于指导MISCR概念的应用,以及交直流电网规划和运行。

含主动限流控制的MMC-HVDC电网直流短路故障电流解析计算

传统的MMC-HVDC电网直流短路故障电流计算一般采用等效RLC电路方法。但是该方法没有考虑主动限流控制(ACLC)对等效电路RLC参数的影响,因此无法直接用于含ACLC的MMC-HVDC电网的直流短路故障电流的解析计算问题。该文通过将ACLC的控制效果等效为虚拟阻抗产生的压降,建立了体现ACLC的控制影响的等效RLC电路,以包含电流变化率限流环节的典型ACLC算法为例,推导了直流双极短路故障条件下ACLC的控制参数与虚拟阻抗的映射关系以及相应的直流故障电流解析表达式。最后,以基于含ACLC的半桥型四端MMC-HVDC电网为例,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,对采用ACLC的直流双极短路故障电流解析计算结果进行了验证。结果表明:故障后10ms内直流短路故障电流的PSCAD仿真结果与所提出的含ACLC的等效RLC电路解析计算结果的平均误差在8.29%以内,最大误差在10.99%。因此,使用所提出的方法具有工程实用性。

具备短路电流限制能力的新能源直流汇集双极直流变换器

直流汇集和外送为未来沙漠戈壁荒漠大规模新能源消纳提供了一种可行解决方案,直流变换器是新能源直流汇集系统的关键设备。谐振直流变换器具有在全负载范围内损耗较小,波形质量好等优点,在新能源纯直流汇集场景具有应用前景,然而因其呈现低阻抗、短路故障电流上升速度快的特征,必须对短路电流进行限制。该文提出了一种具备短路限流能力的双极直流变换器,首先分析了拓扑运行原理及其参数设计方法,然后分析了所提直流变换器的故障限流机理,设计了其短路电流控制方法,最后通过Matlab/Simulink仿真和实验样机验证了所提电路和故障限流方法的可行性。结果表明,所提直流变换器能够实现直流短路电流限制,能够在一极故障时维持另一极正常运行,提高了供电可靠性。相关研究成果将为新能源直流汇集系统的构建和工程实施提供技术参考。

柔性直流电网直流侧极间短路电流初始阶段的量化评估指标

随着高压领域模块化多电平换流器(MMC)型的柔性直流电网大规模建设应用,若直流侧出现短路故障,短路电流在故障初期呈现上升速率快、峰值大等特点,限制了柔性直流电网的进一步发展。为了对短路故障情况下的直流侧电流值进行定量评估,本文从MMC型柔性直流电网固有特性的角度,建立了故障节点处产生的电流响应初始阶段量化评价指标,指导柔性直流电网的规划与运行。首先,提出了一种以MMC输入输出特性为基础的故障电流求解方法,为后续的短路电流量化评价奠定基础。其次,解耦分析柔性直流电网间的短路电流,并从系统固有特性的角度建立了短路电流初始阶段的量化评价指标。最后,在配置特征和架构组成存在差异的各类柔性直流电网上,对所提出的解耦短路电流求解方法和定量指标进行验证。结果表明,所提出的指标能够在不计算短路电流的情况下量化评价柔性直流电网的短路电流,并为柔性直流电网的网络结构设计、运行模式以及参数选择提供技术支持。

具备直流短路故障阻断能力的子模块桥臂复用型模块化多电平固态变压器

模块化多电平换流器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。传统的输入串联输出并联(inputseriesoutput parallel,ISOP)型MMC-SST具有较高的功率密度,但是在中压直流(medium voltage DC,MVDC)端口短路故障情况下无法持续向低压侧供电;双向有源全桥变换器(dualactive bridge,DAB)型MMC-SST则存在功率密度低、成本高等问题,并且传统的半桥结构的DAB型MMC-SST在MVDC端口短路故障情况下同样无法持续向低压侧供电。文章提出了一种子模块桥臂复用(arm integrated submodule,AISM)型MMC-SST拓扑,在不改变MMC-SST端口电气特性的情况下,在有效减少开关器件数量的同时,还使得SST具备中压直流端口短路故障下的不间断运行能力,进而提升SST的功率密度和供电可靠性。针对文中提出的AISM型MMCSST拓扑,该文还提出了一种针对输入级MMC的混频调制方法,基于共模、差模解耦原理,实现输入级MMC桥臂电压的高频分量和低频分量的解耦。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提拓扑及控制方法的可行性。

换流站直流侧短路故障电磁暂态仿真研究

为进一步探究换流站直流侧短路故障,以某换流站为例,基于PSCAD/EMTDC平台开展仿真分析,以初步明确典型工况下的电压和电流暂态过程,以及过压和过流产生原因,在此基础上探讨了调整平波电抗器和线路避雷器参数的作用,以供参考。

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。

特高压直流系统运行短路比检测方法及应用

弱交强直混联系统中直流系统自身故障引发的交直流连锁反应可能会影响整个区域电网的稳定运行。本文基于交直流混联系统等效电路提出交流系统等效阻抗和电源电压的计算方法,结合特高压直流换流站投切交流滤波器的过程,在直流控制器中实现对交流系统等效参数的实时检测。根据交流系统等效参数和直流换流站相关电气量,提出直流系统运行短路比的概念,用于定量分析交直流系统的强弱关系。最后针对典型弱交强直系统直流线路故障过程中的振荡问题进行分析,结合直流系统运行短路比优化直流控制参数,解决了故障过程中的振荡问题。

基于MMC闭锁与负直流电压无闭锁的综合直流故障限流策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流电网存在抗直流故障扰动能力弱的问题。为此,在无闭锁和闭锁限流的基础上,提出了一种适用于柔性直流电网的无闭锁与闭锁的综合直流故障限流策略。故障发生后,各换流站首先根据直流侧出口电流进行基于负直流电压控制的无闭锁限流,若某换流站由于无闭锁降压限流失效而发生过流,则主动将该换流站闭锁。故障消失或隔离后,无闭锁换流站第一时间恢复正常工作模式,而无须等待重启过程较长的闭锁换流站,以尽量减小系统功率损失。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提综合直流故障限流策略可快速阻断故障电流,并兼顾限流过程的安全性和快速性,最大限度保证系统功率传输,提高了直流电网的抗故障扰动能力。

科考船直流母排电力系统短路电流的计算与仿真

船舶直流母排电力系统最大和最小短路电流值决定了直流综合电力系统的设备选型和选择性保护设计。在实船项目中,直流母排短路电流计算所涉及的参数复杂,为了便于直流综合电力系统选择性保护设计,提出船舶直流母排电力系统最大和最小短路电流计算方法,并以某科考船为范例进行分析计算,通过MATLAB仿真验证了计算结果的准确性。

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。

3/12相双绕组发电机交直流同时突然短路研究

根据3/12相双绕组发电机的基本磁链和电压方程以及等效电路,该文用解析分析和电路模型仿真两种方法详细研究了交直流同时突然短路的过渡过程,得出了定转子短路时间常数和交流侧短路电流的完整表达式;通过适当的近似,进一步给出了适合工程应用的交流侧短路电流的近似和简明表达式以及直流侧最大短路电流的估算公式。另外,还研究了线路电阻对短路电流的影响,结果表明:在分析和测试交直流同时突然短路时,线路电阻,尤其是 直流侧线路电阻必须考虑。仿真和实验验证了该文所得数学模型及分析方法的准确性。

模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析

模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter HVDC,MMC-HVDC)系统直流双极短路故障时的子模块过电流应力是研究子模块电气特性的重要内容之一。按照换流器闭锁前和闭锁后2个阶段分析直流双极短路的故障机制,建立2个阶段中子模块过电流分析的电路模型,推导出过电流应力的解析方程,并对子模块过电流应力作较为全面深入的分析,得到各电路参数变化时过电流应力的变化情况,总结其中的关键因素,为子模块元件电气设计提供依据。研究表明:闭锁前子模块的电流是交流系统馈入的三相短路电流与子模块电容器放电电流的叠加;闭锁后子模块的电流是短路电流与阀电抗器续流电流的叠加。计算和仿真结果表明,分析方法是可行的,并且具有较高的精确度。

多相混联式整流发电机系统直流侧短路电流

针对多相混联式整流发电机系统直流侧突然短路的问题,以十二相整流发电机系统为例,分析了十二相整流输出端不同联接方式,并推导了交流侧短路电流的解析表达式和不同串并混联方式下的多相整流系统直流侧短路电流,进而获得了各种联接方式下直流侧短路电流的解析表达式,总结归纳出了相应联接方式下的直流侧和交流侧短路电流比值范围,结果表明,即使均采用"两并两串"方式,但不同串并组合时的直流侧短路电流峰值是不同的;通过有限元仿真和样机试验验证了理论分析结果的正确性,为舰船电力系统开关保护装置的合理选择和设计提供了指导,研究方法可推广至其他多相整流发电机在任意混联拓扑输出方式下的直流侧短路电流分析。

混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略分析和比较

针对半桥/全桥子模块和半桥/单极性全桥子模块这2类混合型模块化多电平换流器(MMC)的非闭锁型直流短路故障穿越问题,首先提出了满足故障穿越要求的2类混合型MMC的最优子模块配比方案。其次基于恒定可控MMC总能量控制,提出了混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越控制策略,使混合型MMC在故障穿越期间具备无功补偿及子模块电容电压均衡的能力。最后从故障穿越效果及代价等方面,对这2类混合型MMC非闭锁型直流短路故障穿越策略开展了对比分析,为混合型MMC及非闭锁型直流短路故障穿越策略在柔性直流输电工程中的应用提供借鉴与参考。

双绕组发电机交流侧带负载直流侧突然短路分析

根据3/12相双绕组发电机的基本磁链方程和电压方程以及等效电路,本文分析了双绕组发电机交流侧带负载直流侧空载时的稳态电磁关系并给出了相应的矢量图;建立了双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的基本电压方程;通过适当的近似,用解析的方法分析了突然短路的过渡过程,给出了定转子时间常数的简明表达式和整流绕组交流侧的短路电流表达式以及直流侧最大短路电流的近似计算公式;通过模拟样机实机试验检验了理论分析的准确性。

水玻璃对直流熔断器短路分断性能的影响分析

直流熔断器分断短路电流比交流熔断器困难得多。因此,需要在直流熔断器的石英砂填料中添加水玻璃固化剂来改善其分断性能。建立直流熔断器短路分断试验的电容器组等效试验方法。通过对添加不同水玻璃固化剂的直流熔断器进行短路分断试验对比,验证了水玻璃改善分断性能的效果,确定了水玻璃固化剂配比。

双绕组发电机交流侧负载对直流侧突然短路电流的影响分析

通过对物理概念和矢量图的深入分析,研究了3/12相双绕组发电机交流侧负载大小和功率因数对直流侧突然短路电流的影响,简化了短路电流的计算公式,明确了直流侧最大短路电流的计算条件。通过实机试验,检验了理论分析的准确性。

MMC-HVDC直流双极短路故障电流分析

直流母线上双极短路故障是柔性直流输电系统最为严重的故障。目前针对模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC,modular multilevel converter based HVDC)系统故障的研究大多数侧重于故障的保护,而对于故障电流特性的研究只是简单的仿真分析。因此为了能够准确分析系统直流侧暂态故障电流的特性,通过对短路故障的暂态特性建立数学模型,进而分析MMC-HVDC系统直流母线上双极短路故障的暂态特性,推导出故障电流的数学表达式,并提出利用比例因子的方法来改进等效电容值,从而使故障电流计算值更精确。在PSCAD/EMTDC中搭建双端MMC-HVDC系统,对实验仿真波形与计算波形进行比较和分析,验证了所提方法的可行性与精确性。

海油平台电力系统短路电流直流分量分析

首先介绍了海油平台电力系统短路电流直流分量的影响,通过案例计算分析了短路电流直流分量的与系统运行方式的关联及特点,然后结合海洋平台的实际情况,介绍分析了短路电流直流分量过高的应对的应对措施,为今后项目提供一定的参考。