钳位双子模块型模块化多电平换流器交流侧故障对直流侧的影响分析

具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器（clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC）适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分析交流侧发生短路故障后,CDSM-MMC子模块电容的充放电情况,以及桥臂电流回路。然后,根据基尔霍夫定律与叠加原理,分析交流侧故障后,直流侧电压及电流特征,并在PSCAD中进行仿真验证。交流故障后,直流侧电流随桥臂电容电压变化;两相短路后,直流电压基本不变;单相接地短路与两相接地短路后,直流电压包含交流分量,其频率与幅值受到交流中性点接地方式影响。最后针对CDSM-MMC直流侧保护,给出部分参考建议。

基于PSCAD的大规模钳位双子模块-模块化多电平换流器高效仿真建模方法

采用钳位双子模块(CDSM)的模块化多电平换流器(MMC)具有较高开关器件利用率和直流故障穿越能力。针对大规模CDSM模块化多电平换流器(CDSM-MMC)仿真效率低的问题,分析了CDSM在闭锁状态和非闭锁状态下的不同动态特性,基于Dommel等值计算原理建立了一种戴维南等效模型。为了提高闭锁状态下的仿真精度,引入EMTDC中开关器件的函数接口,并设计了闭锁状态与正常状态切换的等效电路。同时,通过进一步简化,推导建立了开关信号模型。在PSCAD/EMTDC中搭建了CDSM模型和提出的两种模型,证明了所提出模型的仿真准确度和仿真效率。

基于二极管钳位逆阻型双子模块的MMC直流故障自清除策略

针对传统半桥子模块无法实现直流故障电流阻断功能的问题,设计了一种二极管钳位逆阻型双子模块结构（D-RBSM）。在详细分析该子模块的直流故障清除机制,并与其他拓扑结构进行经济效益对比后,通过在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型对该子模块拓扑的正确性和有效性进行验证。结果表明,二极管钳位逆阻型MMC能够实现对直流故障电流的闭锁,同时可有效降低RB-IGBT对触发脉冲同时性的严格要求,提高系统的安全系数。

基于改进的钳位双子模块MMC变流器的冗余控制策略

设计了改进的钳位双子模块,并将子模块应用在MMC中,利用模块中已投入运行的半桥子模块为冗余半桥子模块充电。通过PSCAD/EMTDC仿真表明,基于改进的钳位双子模块的MMC在冗余子模块替换故障子模块过程中,动态过程短暂,对换流器的输出电流、电压波形均无明显影响,验证了策略的有效性和可行性。

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。

二极管钳位型MMC电路的均压控制策略

为解决传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)均压系统中直流电压传感器较多、控制电路复杂的问题,将二极管钳位拓扑应用到MMC中,并提出了适用于该拓扑的电容电压均衡控制方法。该拓扑通过在各子模块电容正极加装钳位二极管,为直流电容提供单向钳位通路,从而实现MMC各桥臂子模块电容电压从上到下依次减小,简化了系统电路及其控制方法。最后,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了11电平二极管钳位型M M C拓扑仿真模型,结果表明该拓扑具有电容电压自排序功能,电容电压均衡效果良好。

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。

基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析

作为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的一种,钳位双子模块(Clamp DoubleSub-module, CDSM)型MMC 具有直流故障自清除能力。但基于CDSM-MMC 的光伏直流接入系统,在直流故障特性等方面与其他类型MMC 构成的直流系统存在较大差异。为此,首先分析了联接变压器不同接地方式下的电容放电回路,阐述了直流故障对交流侧的影响。其次,在CDSM 故障闭锁情况下,划分了MMC 换流器端单极接地和极间短路时的故障阶段,建立各阶段的等值模型并求解。阐述了DC/DC 换流器及光伏电源对极间短路故障回路的影响,并对DC/DC 换流器侧的暂态过程进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC 中建立基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统模型,验证了分析结果的正确性。

基于MMC的柔性直流输电直流侧故障自清除方法的分析及应用

柔性直流输电系统中,采用模块化多电平换流器(MMC),与传统直流输电技术相比较优势在于:无需无功补偿、没有换相失败、谐波水平低,能同时独立调节有功功率和无功功率。但是在直流侧发生故障时,由于目前还没有大容量高电压高速直流断路器,清除故障的手段是跳开换流站交流侧开关,使故障清除和直流系统再恢复的时间比较长,影响柔性直流输电的可用率。针对上述问题,通过全桥子模块、钳位双子模块、交叉型子模块的MMC故障自清除技术,缩短直流输电再恢复的时间,尽可能保证直流电网的稳定运行。

CDSM-MMC直流侧故障隔离原理及重启动策略

采用模块化多电平换流器的柔性直流输电系统,目前除了常见的半桥和全桥结构型的子模块,基于钳位双子模块的模块化多电平换流器由于其不仅能够隔离直流侧故障,且在经济性、性能上具有较强的优势,得到了广泛的关注和研究。通过介绍钳位双子模块(Clamp Double Sub-Module,CDSM)的工作原理,详细讨论分析了CDSM对于直流侧发生双极性短路、单极短路、断线等故障的隔离原理,以及柔性直流输电系统发生故障后控制器的工作状态,提出一种新型的柔性直流输电系统故障后的重启动策略,并在PSCAD/EMTDC下建立单端21电平基于CDSM结构的柔性直流输电仿真模型,通过对比所提出的重启动过程与原有重启动过程,验证了所提出重启动策略的有效性。