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。

含故障限流器投入的MMC-HVDC系统直流短路故障电流解析计算

基于模块化多电平换流器的高压直流(high voltage direct current based on modular multilevel converters,MMC-HVDC)系统发生直流短路故障时,故障电流上升速度快,这对系统保护提出了极大的挑战。对于采用半桥子模块拓扑的MMC-HVDC系统,通常会在直流线路两端加装故障限流器(fault current limiter,FCL)来抑制故障电流。在对FCL进行优化设计以及进行故障保护时,需要考虑含FCL投入的故障电流的演化规律。因此,含FCL投入的故障电流计算具有重要的意义。通过研究并联金属氧化物避雷器(metal-oxide arrester,MOA)的电感型FCL的特性,建立了FCL的暂态等效模型,将含FCL投入的故障电流演化划分为3个阶段:FCL未投入阶段、FCL投入的过渡阶段和FCL完全投入后阶段。对3个阶段的故障电流的解析表达式分别进行了推导,最后得到全过程的故障电流解析表达式。通过在PSCAD/EMTDC中搭建的两端MMC-HVDC系统的仿真模型对解析结果进行了验证,结果表明:故障后10ms内解析结果与仿真结果的最大偏差在3.5%以内,可以满足实际工程应用的需要。

直流短路故障下基于暂态能量抑制的MMC-HVDC电网主电路电感参数优化

基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网的桥臂电抗器(armreactor,AR)、平波电抗器(current limiting reactor,CLR)在保证系统稳态性能下,与故障限流器(fault current limiter,FCL)合理配合,可有效降低直流断路器的分断电流,实现直流短路故障穿越。该文通过对直流短路故障条件下,MMC-HVDC电网系统储能元件及交直流区域的暂态能量流(transient energy flow,TEF)时空分布与直流短路故障电流演化相依关系的分析,提出基于TEF抑制的参数综合优化模型,以交流区域和子模块电容及相邻线路暂态能量流抑制率和抑制效率极大化作为评价目标,以AR、CLR、FCL参数为优化变量。以张北四端直流电网的拓扑结构和单极对地直流故障为例,采用该模型对AR、CLR和FCL进行优化设计。优化结果及分析表明:建立的优化模型可以充分发挥AR、CLR和FCL各自在抑制短路故障电流方面的能力,较好地兼顾了故障电流抑制技术及经济性能指标,降低了限流成本。

主电路参数对MMC-HVDC电网直流短路故障电流综合影响分析

针对模块化多电平变换器的高压直流(MMC-HVDC)电网的结构复杂多样,难以构建直流短路故障电流的精确解析分析模型的问题,提出一种基于中心复合实验设计的分析方法用于定量分析和评价主电路参数对直流短路故障电流的综合影响。该方法通过中心复合实验设计,以尽可能少的直流短路电磁暂态仿真实验数据获得故障后6 ms内直流短路故障电流的多因子回归方程,从而对多因子的综合影响进行定量分析和评价。以四端直流电网为例,设计了分析直流电感、桥臂电感和中性线电感以及接地电阻4个主电路参数对直流短路故障电流影响的多因子仿真实验,利用统计学方法分析和评价了各因子对直流短路故障电流峰值的主要影响和交互作用的影响。分析结果表明:4类主电路参数中,直流电感对故障后6 ms内故障电流峰值的影响程度最强,中性线电感对故障后6 ms内桥臂故障电流峰值的影响程度最强,主电路参数间的交互作用可忽略不计。该分析结果为直流电网短路故障情况下故障电流抑制研究和多元件参数综合优化提供理论依据。