桥臂复用模块化多电平变流器单极接地故障无闭锁穿越及能量均衡

考虑到模块化多电平换流器(MMC)的轻型化和发生概率最高的单极接地故障穿越要求,桥臂复用模块化多电平换流器(AM-MMC)在单极接地故障下的无闭锁穿越及能量均衡问题亟待解决。该文在AM-MMC拓扑结构及工作原理的基础上分析了AM-MMC的单极接地故障特性,推导了故障电流数学表达式。通过在上、下臂配置全桥子模块,混合AM-MMC(HAM-MMC)可具备无闭锁单极接地故障穿越能力,并减少25%的电容数量,在轻型化及经济成本方面具有一定的竞争力。由于AM-MMC复杂的复用模式及单极接地故障导致的上、下臂不对称,该文重点分析了其穿越过程中的能量不均衡机理,提出了通过基频及二倍频直接环流控制均衡桥臂能量的交替复用无闭锁单极接地故障穿越策略。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明,HAM-MMC可无闭锁穿越单极接地故障,且所提控制策略较常规MMC均衡能量效果更好。

Satisfactory fault-tolerant controller design for uncertain systems subject to actuator faults

Based on satisfactory control strategy,a new method for robust passive fault tolerant controller is proposed for a class of uncertain discrete-time systems subject to actuator faults.The state-feedback gain matrix is calculated by linear matrix inequality(LMI)technique.The designed controller guarantees that the closed-loop system meets the pre-specified consistent constraints on circular pole index and steady-state variance index simultaneously for normal case and possible actuator fault case.The consistency of the performance indices is discussed.Furthermore,with the mentioned indices constraints,a solution is obtained by convex optimal technique for the robust satisfactory fault-tolerant controller with optimal control-cost.

基于改进极模变换的柔性直流输电系统断线故障分析与辨识

断线故障的故障特性分析是制定断线保护方案的基础。首先,文中以金属回线双极直流系统为对象,根据直流系统中模块化多电平换流器(MMC)在故障前后的状态变化,基于叠加定理得出MMC在直流系统发生故障时的等效电路模型,构建直流系统断线故障下的等效电路。然后,通过改进极模变换矩阵推导其在不同故障类型下的复合模量等值网络,分析不同断线故障的模量特征;在此基础上,利用2模和0模电流的变化量构建断线故障类型识别的相平面,实现断线故障的分类;同时,提出基于1模电流变化量的区内外断线故障辨识流程。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,验证了所提保护方法的快速性和可靠性。

特高压直流输电工程中性母线开关故障处理策略优化

特高压直流输电工程采用双极共用接地极设计,一个极故障闭锁后需通过极隔离操作实现故障极与运行极的隔离。极隔离操作过程中,如果极中性母线开关发生故障无法分开导致极隔离中断,需配置极中性母线开关故障处理策略继续完成极隔离。根据不同直流故障时对应的工况,分析了中性母线开关故障处理策略存在的不足,基于故障特性优化了故障处理策略,最后通过RTDS仿真试验验证了策略优化的有效性。

基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网具有不存在换相失败等优点。但换流器存在低惯性、弱阻尼等特性,导致故障电流上升速度快且峰值高,对系统危害极大。针对直流配电网发生单极接地故障难以准确选择故障馈线的问题,提出了一种基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。首先,利用变分模态分解算法对各馈线零模电流进行分解,选取特征分量。然后,计算特征分量的二阶导数,选择拐点密集区并进行归一化处理,得到各馈线的凹凸波动性。最后,判定凹凸波动性与其他馈线相异的线路为故障线路。仿真结果表明,所提方法能够快速识别故障馈线,且受过渡电阻、采样频率、数据窗和噪声等因素影响小。

基于多故障特征融合的直流配电网单极故障选线方法

为保障直流配电网的可靠运行,提出一种基于多故障特征融合的单极故障选线方法。首先,分析直流配电网单极接地故障后各馈线零模电流及母线零模电压的特征;其次,利用各馈线的零模电流波形、零模电流与母线零模电压间夹角及能量大小的差异,构造零模电流相关性、零模电流与母线零模电压夹角余弦及能量相对熵3种判据;最后,利用模糊理论实现3种选线判据的融合,将故障测度最大的馈线判定为故障馈线。PSCAD仿真验证表明,该方法可克服单一选线方法的局限性,有效提高故障选线可靠性。

某车型电动尾门撑杆球头脱落的故障解析及优化方案

汽车电动尾门撑杆属于机电一体化的传动结构,由于受不同车型的布置位置及安装结构的影响,存在一定概率发生汽车电动尾门撑杆球头脱落故障。通过市场故障数据分布、故障件及样件抽验以及结构原理进行了故障机理解析,通过技术方案的优化并进行实际验证,确保了技术方案的可行性。针对市场故障形式进行了故障机理解析并在原有的技术方案上进行优化,从而较好地避免了汽车电动尾门撑杆球头脱落的故障,同时也为后续产品设计优化提供新的思路。

基于零模增量的多端柔直线路单极接地保护方法

柔性直流系统发生的故障通常为单极接地故障,发生故障后保护应在几毫秒内隔离故障线路避免对整个系统产生不利影响,如何实现故障线路快速可靠识别是MTDC直流线路保护中亟待解决的重要问题。首先,分析了模量分解后的线路故障特征,其次,利用线路两端保护安装处零模电流增量的相关性与零模电压增量方向构建保护一体化判据,提出一种基于零模增量的单极接地故障保护方案,该方法可在故障后1 ms内完成故障判别,在500Ω过渡电阻下仍能准确辨识,兼顾了速动性与可靠性,最后通过仿真验证本保护方案的可行性与优越性。

多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法

精准可靠的输电线路故障定位方法对于维持多端柔性直流系统稳定运行至关重要。为解决过渡电阻、行波色散对线路测距的干扰,有效提高输电线路故障定位精度。以先定区段再定位的思想,提出一种采用小波包奇异熵和一维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法。在接地故障发生时,提取不同区段线模电压组成特征向量,结合1D-CNN分类模型完成区段识别。故障区段确定后,利用小波包奇异熵提取故障区段双端线模电压的深层故障特征,并基于特征提取结果建立1D-CNN回归模型进行故障定位。为避免模型训练时陷入局部最优,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对1D-CNN模型进行参数寻优。利用PSCAD/EMTDC建立±500KV四端柔性直流仿真系统模型,进行了多种工况的单极接地故障仿真与定位性能测试。仿真结果表明,所提定位方法具有良好的耐过度能力,在50kHz的采样频率下定位误差保持在0.22km以内。

四极凸极空冷发电机转子非典型振动故障的诊断与处理

针对某电厂四极凸极空冷发电机带负荷运行期间,轴承出现非典型的振动突变现象,依据振动测试数据,结合四极凸极空冷转子结构特征,初步确定造成转子振动异常的原因。通过对转子进行解体检查和处理,并经型式试验验证,解决了转子振动异常的问题,确保了机组的安全可靠运行。

基于新型励磁电流偏差计算的发电机转子绕组匝间短路检测

为对汽轮发电机的转子故障做出精准识别,本文基于转子磁极线圈匝间短路造成的发电机磁场损失,推导得出电磁转矩的实际值小于期望值这一特点,从而提出一种在线检测转子磁极线圈不稳定匝间短路的新型方法。该方法首先通过发电机的二维静态电磁有限元仿真获取机组运行的励磁电流理论值;然后进行多工况下的仿真计算,生成励磁电流关于有功和无功的三维曲面,利用二元插值法实现任意工况的发电机励磁电流理论值的快速求解;最后通过理论值与实际值偏差判断转子磁极线圈是否存在匝间短路。故障实例表明,该诊断方法可在保证计算速度及精度的前提下,实现对转子磁极线圈匝间短路的有效监测。

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。

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。

基于模块化多电平的柔性直流系统故障稳态特性分析

直流故障稳态特性对直流电网设计、保护配置以及一次设备选型等具有重要意义。针对模块化多电平的柔性直流系统,考虑了桥臂电抗对两极短路故障不控整流稳态运行期间换相重叠的影响,分析了可能出现的换相重叠角范围及各自对应的故障场景。针对不同的换相重叠角范围,分析了相应的桥臂导通工作情况,并据此推导出直流故障后稳态阶段直流电流、电压、桥臂电流、交流电流的精确计算公式。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了基于模块化多电平的柔性直流输电系统模型,通过不同故障距离的仿真算例验证不同换相重叠角范围下理论计算的准确性。

柔性直流配网极间故障控制保护策略与主设备参数配合研究

直流配电网在改善供电可靠性和电能质量、实现分布式电源无扰并网以及城市直流负荷接入等方面,相比交流配网有较大优势。然而直流线路具有故障电流上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件及设备绝缘,因此,对直流线路的故障处理提出了较高的要求。基于MMC的柔性直流配电网可以通过接地方式的设计实现直流线路单极故障穿越,而危害更大的极间短路故障尚无很好的处理方法。以背靠背典型两端直流配电网为例,分析了直流线路极间短路故障时的暂态特性及其对交流系统、换流器及直流侧的影响。分析了极间故障时的控制保护策略及其与主要设备参数的配合关系。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了直流线路极间短路故障的仿真研究,验证了该控制保护配置与主设备参数配合策略的正确性。

柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析

采用理论分析和仿真验证相结合的方法研究了柔性直流配电系统接地方式对其故障特性的影响。首先,介绍了柔性直流配电网的系统架构,确定了直流侧电容的接地方式;其次,分析了直流不平衡电压恢复的理论依据;接着讨论了联接变压器的接地方式对换流器交流侧不同位置单相故障的影响;随后分析了联接变压器接地方式对直流侧单极接地故障的影响,并讨论了不同过渡电阻情况下的故障特性。与电压源型直流输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)分析故障特性方法不同,为提高配网供电可靠性,在分析直流侧单极接地故障时,考虑了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)不闭锁的情况。最后讨论了在实际应用中实现IGBT运行在不闭锁状态下的方法。分析结果表明,接地方式对系统的故障过程和故障恢复过程有显著影响。分析方法和结论为柔性直流配网的接地方式选取、保护方案配置提供了参考。

真双极直流输电系统的故障性质识别方法

架空输电线路故障率较高且多为瞬时性故障,故障性质预判与线路重合技术将极大提高供电可靠性。现有的关于线路重合闸技术的研究主要针对交流输电线路,直流架空输电线路的故障性质判别方法较少,直流线路故障后多采用重启换流站方法恢复供电,降低了供电可靠性。该文通过分析直流输电线路之间的静电耦合现象及直流输电线路特有的离子流问题,结合该文实际工况从输电线路的等效模型出发,分析了计及离子流影响下的故障极残压特性,并基于故障极残压特性提出一种适用于真双极直流输电线路的故障性质识别方法。该文所提方法对电压源型和电流源型高压直流输电系统均适用。研究成果有助于提高线路瞬时故障后的供电恢复效率。

直流侧故障对模块化多电平换流器的影响研究

对于直流侧双极性短路故障,首先分析了故障通路对电容闭锁充电以及故障对交流侧功率的影响,然后对如何减少故障对交流侧无功的影响提出了建议。对于直流侧单极接地故障,通过仿真换流站不同接地电阻下,故障对系统稳定性的影响,对接地电阻的选择提供了建议。对于直流侧断线故障,分析了故障发生后控制器的作用,并给出了不同控制方式下,故障对系统稳定性的影响。此外,就双极短路和断线故障后闭锁时刻对系统的影响进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中建立HBSM-MMC模型验证了分析的正确性。

高压直流输电线路极间耦合影响及故障选极方案

为了解决高压直流输电线路极间耦合引起的问题,提出了一种利用单极电气量的故障选极方案。耦合特性分析发现线路极间耦合程度与电气量的频率有关,且频率越高则耦合作用越显著。故障电气量频谱特性理论分析及仿真结果表明健全极电气量中低频信号含量远低于故障极。基于健全极与故障极低频信号差异,提出了仅利用单极电气量的故障极选择方法,并给出了故障选极判据。仿真结果及现场录波数据均验证了所提选极方法的可行性及有效性。

十二相同步发电机整流系统直流极间短路电流的解析计算方法

十二相同步发电机整流系统是将十二相同步发电机与十二相不控整流器集成于一体的新型直流发电系统,具有高功率密度、高供电品质等特点。其中,十二相不控整流器的二极管导通模式多且切换频繁,导致该发电系统直流极间短路特性难以解析计算。为此,在介绍十二相发电机结构和数学模型基础上,分析十二相不控整流器在极间短路过程中二极管的导通模式规律,得出十二相不控整流器直流极间短路可等效为交流侧十二相同时短路,并建立平均值数学模型;利用十二相发电机数学模型及其定子4套三相绕组对称性,建立十二相发电机整流系统的等效三相模型,推导极间短路时短路电流的解析表达式,并通过仿真和物理试验验证了解析计算的有效性。