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。

基于暂态电流的MMC-LVDC双极短路故障定位方法

随着分布式电源和直流负荷的大量接入,直流配电系统相较于交流系统更具优势。故障定位是直流配电网可靠、优质供电的关键支撑技术之一。分析了模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流配电网双极短路故障暂态特性,提出了一种基于子模块闭锁后初始阶段暂态电流的故障精确定位方法,建立了双端MMC型柔性直流配电网的等效电路,推导了直流电流的时域表达式,构建包含故障距离和过渡电阻2个未知参数的时域方程组,并利用最小二乘法进行求解。该方法适用于不同接地方式。在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网模型。仿真结果验证了该方法的有效性、可靠性与准确性,针对两端换流站参数不对称和过渡电阻时变场景,所提方法也具有很高的定位精度。

含桥臂阻尼的MMC-HVDC直流双极短路故障机理分析

直流双极短路故障是柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统最严重的故障之一。具有桥臂阻尼的半桥型模块化多电平换流器在故障后能加快故障电流的衰减速度,实现系统快速重启动。基于含桥臂阻尼的HBMMC(half bridge sub-module modular multilevel converter)-HVDC系统建立了一套完整的直流双极短路故障机理分析的解析模型,分别对换流器闭锁前,换流器闭锁后和交流断路器断开后3个阶段的故障机理进行了详细分析,并给出了每个阶段对应的桥臂电流解析表达式。通过此解析模型,可快速准确地计算直流双极短路故障发生后的故障电流及故障衰减时间,为其工程应用提供理论依据。最后,基于Matlab/Simulink仿真软件搭建了含桥臂阻尼的HBMMC-HVDC系统仿真模型,通过仿真验证了该解析模型的可行性与准确性。

计及零直流电压控制的混合型MMC-HVDC输电系统短路电流计算方法

混合型模块化多电平换流器通过零压控制限制直流侧故障电流,为准确分析计算故障后直流侧电流,考虑不同阶段控制系统作用建立其等值模型,并设计故障电流求解计算方法。在零压控制前,构建混合型MMC的串联RLC等值模型,利用受控电流源表征交流馈入能量对故障电流的影响;在零压控制后,分析上下桥臂电压动态调整对故障电流的影响,构建相应混合型MMC等值模型提高计算精度。采用状态空间方程计算2个阶段的直流短路电流,通过电容电压置零来计及零压控制后子模块投切引起直流侧电压复零的特性。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了双极混合型MMC直流输电系统,在不同工况下通过与详细电磁暂态仿真结果对比,验证了所提短路电流计算方法的准确性。

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。

取水泵房10 kV架空线路供电可靠性提升研究与实践

随着云南华电镇雄发电有限公司双机利用小时的提升,公司3台取水泵启停频次大幅增加,在启动取水泵瞬间跌落式熔断器故障频发的问题日益凸显,根据公司跌落式熔断器故障频发的问题作为切入点进行分析研究,制定解决措施并实施,实施后彻底解决了跌落式熔断器频繁故障的问题,大量减少了维护成本,缩短了维护工期,降低了检修安全风险,大幅提升了取水泵房10 kV线路的供电可靠性。

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。

双绕组交直流发电机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,该文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;通过进行适当的近似,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。在此基础上,研究了交流负载对直流侧短路电流的影响并给出了相应的物理解释。模拟试验结果表明:交流侧负载的大小对直流侧短路电流有较大的影响,而功率因数对直流侧短路电流的影响很小,验证了理论分析的准确性。

环形直流微网短路故障分析及保护方法

以环形风电直流微网为研究对象,深入分析直流母线发生双极短路故障时电压源变流器(VSC)的故障特性,并据此提出以电流差动保护为主保护、欠电压保护为后备保护的环形直流微网故障定位与保护方案。该方案通过检测直流线路的输入、输出电流及其差动电流来定位和隔离故障线路,并配备欠电压后备保护以确保故障下直流微网系统的安全运行。基于MATLAB/Simulink对环形直流微网进行仿真研究以验证所提保护策略的可行性。仿真结果表明,在线路发生双极短路故障时,保护系统能够根据线路差动电流值做出快速响应,从而实现了直流微网系统短路故障的定位和隔离。

基于VSC的直流配电网限流电抗器位置和参数优化配置方法

直流配电系统发生故障后故障电流快速上升,通过安装故障限流装置能有效降低故障电流上升的速率,减小故障电流的峰值,保护系统中的电力电子装置。基于电压源型换流器构建双端柔性直流配电网模型,分析直流配电系统发生极间短路故障的故障原理和故障特征,研究限流电抗器在不同接入位置的限流原理和效果。考虑到换流器耐流特性、保护装置及断路器动作特性,提出基于限流电抗器的故障限流位置和参数优化配置方法,并通过PSCAD/EMTDC平台进行仿真优化,从而确定故障限流电抗器的最优配置方案。

有限双极性软开关CO_2逆变焊接电源的研究

针对目前CO2逆变焊接电源PWM硬开关控制方式开关损耗大、稳定性差的问题,研制了一种有限双极性软开关CO2逆变焊接电源,该电源重点解决IGBT拖尾电流大和占空比丢失问题,不仅可以提高稳定性,还能大大降低开关损耗。建立了有限双极性软开关CO2焊工艺的实验平台,通过工艺实验,优化焊接工艺参数,并对所设计研究的电源进行全面测试。实验结果表明,研制的有限双极性软开关逆变电源工作稳定可靠,短路过渡过程平稳,较大程度地降低了飞溅,改善了焊缝成形,实现了综合工艺性能较佳的焊接效果。

具有直流故障阻断能力的MMC不对称型全桥子模块拓扑

对于采用半桥子模块的模块化多电平换流器高压直流输电(MMC-HVDC)系统,直流故障穿越是有待解决的关键问题。为此,提出了一种具有直流故障阻断能力的基于模块化多电平换流器(MMC)的不对称型全桥子模块拓扑(AS-FBSM),该拓扑依靠二极管续流路径使半数子模块电容反向来抑制直流故障电流,同时利用二极管单向导电性防止故障点电弧重燃。分析了直流双极短路故障下,AS-FBSM的直流故障穿越的动态过程。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了直流故障电流公式推导的正确性,而且AS-FBSM能够在毫秒级清除直流故障电流。最后,与其他具有直流故障阻断能力的子模块拓扑相比,AS-FBSM的直流故障阻断能力与混合型子模块(Hybrid SM)、二极管箝位式双子模块(DCDSM)等一样,且相对全桥型子模块(FBSM)和增强自阻型子模块(SBSM)是折半的;除了FBSM与SBSM之外,包括AS-FBSM在内的其余拓扑的器件用量大体相当;正常工作时,从回路中投入的功率器件数量上看,AS-FBSM和增强型混合子模块(EHSM)最接近半桥子模块。

含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。

自动门用永磁无刷直流电动机的设计

对永磁无刷直流电机的拓扑结构和运行原理进行了研究,给出了一种分数槽电机选取极数和槽数配合减小自定位转矩的方法。为进一步提高电机内部空间利用率,提出了一种双层短距的绕组连接方式。在考虑整个无刷直流电动机系统工作的情况下,以端电压为输入量,采用场路耦合时步有限元法,对一台六极永磁无刷直流电动机的瞬态电磁场进行了计算和仿真分析,并以样机驱动系统作为试验平台,完成了试验验证工作。仿真和试验结果充分证明了所提出方法的正确性和有效性。该电机的应用会加快永磁无刷直流电机在工业领域中的推广、普及,也展示出了其广阔的发展前景。

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。

车用轮毂式永磁无刷直流电动机的设计

对轮毂式永磁无刷直流电机的拓扑结构和运行原理进行了研究,给出了一种分数槽电机选取极数和槽数配合减小自定位转矩的一般方法;为进一步提高电机内部空间利用率和电机效率,提出了一种双层短距的绕组连接方式。其次,对二维场路耦合时步有限元法理论进行了阐述,并使用该方法对样机进行了分析,给出了计算仿真结果。最后,通过试验验证了对样机的设计和分析。

直流配电系统极间短路故障特性分析

直流配电系统故障后换流阀不闭锁运行有助于提高直流供电的可靠性,限流技术的发展及未来绝缘栅双极型晶体管等电力电子器件过电流能力的增强使得换流阀不闭锁情况下的故障机理研究具有意义。本文针对基于两电平电压源型换流器的双端直流配电系统,假设换流阀中的绝缘栅双极型晶体管具有足够的过电流能力,分析了极间短路故障后换流阀不闭锁条件下的故障机理,对比了定电压控制和定功率控制方式下极间短路的故障特征,并在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,为直流配电系统保护提供了理论依据。

基于虚拟电感与限流器的柔性直流电网故障隔离方法

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converters,MMC)的柔性直流电网能够支持大规模可再生能源的高效接入与可靠送出。为解决柔性直流电网发生双极性短路故障后短路电流上升速度快、峰值大的问题,文章提出了一种基于虚拟电感与限流器的柔性直流电网故障隔离方法。首先,在分析双极性短路故障电流特性基础上,基于虚拟电感限流控制实时改变换流器调制系数,控制MMC投入运行子模块数量,进而降低换流器出口电压,限制短路电流上升速率;然后,当故障电流到达限流器的动作阈值时,通过限流器支路换流与直流断路器(Direct Current Circuit Breaker,DCCB)协调配合抑制故障电流并隔离故障;最后,基于PSCAD/EMTDC电磁仿真平台建立三端柔性直流电网仿真模型,对双极性短路故障进行仿真分析。结果表明,文章所提方法可以快速有效地隔离柔性直流电网双极性短路故障,在直流断路器开断之前能够显著降低故障电流峰值,缩短故障隔离时间,并减小换流器闭锁风险,提高柔性直流电网运行的安全稳定性。

双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的电磁转矩

根据双绕组发电机与普通三相同步发电机的内在关系,参照三相电机突然短路电磁转矩的分析方法,进行了双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路的电磁转矩解析分析,得到了简明的交变转矩、平均转矩及总电磁转矩的解析式,并通过试验进行了验证。所得双绕组发电机交流侧带负载时直流侧突然短路电磁转矩的计算式简明、准确、物理意义明确,特别适合于工程应用。

直流侧故障时模块化多电平变换器运行特性分析

基于半桥子模块(HBSM)级联的模块化多电平变换器(MMC)广泛用于中高压直流输电工程。分析了直流侧短路和直流单极接地故障的暂态特性,并提出了相应保护策略。分析直流侧短路故障,将三相桥臂等效成为1条支路,给出了桥臂电流与系统电气参数的关系;分析系统交流侧接地时的直流单极接地故障特性,描述了交流三相出口电压和直流母线电压;在RT-LAB平台上搭建21电平的MMC模型进行验证,并对上述2种故障分别提出了保护策略。