半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

+高级检索 English
  • 柔性直流电网故障的主动控制
    全 选
    显示方式: |
    • 接入新能源孤岛系统的双极柔性直流系统盈余功率耗散策略

      2020, 44(5):154-160. DOI: 10.7500/AEPS20190225001

      摘要 (85) HTML (36) PDF 799.64 K (728) 评论 (0) 收藏

      摘要:大容量新能源电能采用孤岛方式通过双极柔性直流系统送出具有广阔的应用前景。文中对存在的非故障极过负荷和直流过电压情况下的功率盈余特性进行了分析,提出了分组交流耗能电阻方案,分别设计了送端换流器故障和直流过压下的功率盈余控制策略,通过分组交流耗能电阻的精确投切避免功率盈余引起双极柔性直流系统停运。通过四端柔性直流电网实时数字仿真器(RTDS)和EMTDC仿真系统,对提出的2种功率盈余控制策略进行验证。仿真结果表明,所提策略能够实现功率盈余工况下的故障穿越,避免故障范围扩大。

    • 柔性直流电网直流线路故障的过电压机理分析

      2020, 44(5):146-153. DOI: 10.7500/AEPS20190425008

      摘要 (74) HTML (18) PDF 1.27 M (1010) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对对称单极结构的MMC型柔性直流输电系统,首先深入分析了直流侧单、双极短路的故障电流演变规律,进而揭示了非故障极充电和波过程分别是导致单极接地故障和双极短路故障过电压的主要原因。然后,以一个三端柔性直流电网为例进行仿真验证,并重点分析了不同因素对过电压的影响。研究结果表明,故障电阻对过电压峰值影响较大,而换流站闭锁、接地方式、线路保护等因素的影响较小。最后,对单极、双极故障过电压进行了总结和对比分析。

    • 基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术

      2020, 44(5):122-129. DOI: 10.7500/AEPS20190529006

      摘要 (126) HTML (47) PDF 738.15 K (1118) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,直流微网的保护方案大都依赖于线路两端直流断路器的快速开断能力与通信设备的可靠性,然而现阶段直流断路器成本高昂,且线路两端通信将会大大增加直流微网的建设运行成本。基于以上背景,文中以四端环形直流微网系统为研究对象,提出了一种基于控保协同的单端测距式保护技术。该方法分为故障控制与保护实施2个阶段。在故障控制阶段,通过改变电压源型换流器(VSC)自身以及外加可控元件的主动控制策略,使直流线路故障电流为零;在保护实施阶段,基于采用主动控制后VSC直流侧输出电压的周期性(20 ms)与电力电子元件的可控性,构建VSC与故障点的唯一回路,然后基于传统RL算法即可实现单端无差故障定位,接下来会出现线路电流持续过零,在此基础上,通过快速隔离开关实现故障隔离。该方法基于控保协同思想,消除了环网系统单端故障测距中对端电流的干扰,且线路两端无需配置直流断路器,仅利用快速隔离开关与故障控制策略进行时序逻辑上的相互配合即可实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端环形直流微网系统模型,验证了该控制和保护方案的有效性。

    • 基于MMC的两端TWBS-HVDC直流侧短路故障电流计算方法

      2020, 44(5):91-100. DOI: 10.7500/AEPS20190601001

      摘要 (52) HTML (22) PDF 829.75 K (855) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于三线双极结构的高压直流(TWBS-HVDC)输电系统能够较大程度地发挥直流线路的输电能力,是一种实现交改直和线路增容改造的有效方式。针对TWBS-HVDC系统与双极直流系统在接线形式上的差异,文中提出了一种适用于两端TWBS-HVDC的直流侧短路故障电流计算方法。首先基于模块化多电平换流器(MMC)暂态等效电路建立两端TWBS-HVDC在不同直流侧故障发生至线路直流断路器动作阶段的暂态等效模型。以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准,将所有直流故障归纳为3类,分析推导各类故障下的状态方程,通过求解状态方程中系数矩阵的特征值和特征向量得到故障电流解析表达式。最后在MATLAB/Simulink数字仿真平台中,搭建两端TWBS-HVDC模型进行仿真验证,结果验证了所提TWBS-HVDC直流侧短路故障状态方程求解法的准确性和有效性,为直流断路器选型和限流电抗器参数整定提供了可靠依据。

    • 考虑直流电抗器的电容型限流器特性及优化配置

      2020, 44(5):23-29. DOI: 10.7500/AEPS20190607003

      摘要 (91) HTML (40) PDF 716.74 K (1193) 评论 (1) 收藏

      摘要:直流电网故障电流抑制已成为相关领域必须面对且亟待解决的重要问题之一。现有的故障抑制方法大多采用单一元件,为充分抑制故障电流的上升速率与峰值,文中提出了综合直流电抗器和电容型限流器特性的故障抑制及优化配置方法。首先,基于模块化多电平换流器的故障等值电路,从抑制原理和动作时序2个角度分析了安装故障限流器的必要性;其次,计算分析了电感和电容对故障电流的抑制特性,并将等值电路和求解方法推广到直流环网中,以故障电流和直流电抗器为目标构建了优化配置模型;最后,将优化结果应用于PSCAD/EMTDC仿真模型中,与仅使用直流电抗器相比,该配置结果可进一步减小40%的故障电流且并未延长故障切除时间,表明综合使用直流电抗器与电容型限流器能够大幅度减小故障电流,降低直流断路器的开断容量。

    • 适用于直流电网故障清除的增强型MMC

      2020, 44(5):60-67. DOI: 10.7500/AEPS20190128005

      摘要 (108) HTML (36) PDF 707.20 K (990) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着直流输电系统电压和容量的提高,对直流故障快速清除隔离的要求越来越高。作为清除直流故障的有效方案之一,直流断路器(DCCB)技术还不够成熟,限制了其在工程上的应用。文中提出了适用于直流电网故障清除的低成本直流故障清除方案,对半桥型模块化多电平换流器(MMC)进行了局部的改造,以使其具备故障清除操作的能力,使得线路上的故障电流能够被低成本故障隔离单元迅速隔离,随后建立和分析了故障隔离过程中的等效电路,设计了故障隔离动作时序,并对比分析了典型方案的器件使用量,最后建立了仿真和实验模型。仿真和实验结果证明了该方案的有效性。

    • 柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述

      2020, 44(5):3-13. DOI: 10.7500/AEPS20190626003

      摘要 (148) HTML (78) PDF 883.47 K (1095) 评论 (0) 收藏

      摘要:柔性直流电网网架结构与运行方式多样,多种电力电子设备之间存在强耦合关系,其故障特性复杂,协调控制困难,对故障电流进行积极主动的控制仍然面临着很大的挑战。文中基于柔性直流电网故障电流发展机理,对交直流电网故障特性做了对比和总结,说明了柔性直流电网故障电流主动控制的必要性和可能性;确定了柔性直流电网故障电流主动控制方案的基本原则;总结了国内外研究成果,根据选择性原则和抑制原理对主动控制方案进行了分类;以几种典型方案为例,分析了不同类型主动控制方案的特性,并在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,对不同主动控制方案的特性进行了对比和总结。结果表明,通过源侧和网侧设备协同配合进行故障电流的主动控制,能够快速隔离故障,节约线路投资成本,具有快速恢复能力。

    • 多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型

      2020, 44(5):138-145. DOI: 10.7500/AEPS20190715001

      摘要 (88) HTML (98) PDF 947.44 K (1039) 评论 (0) 收藏

      摘要:混合型模块化多电平换流器(MMC)的高效电磁暂态仿真是研究相关技术的重要基础。然而,由于多种子模块可以被采用,且每种子模块中均包含了大量的开关,混合型MMC的详细电磁暂态模型将严重降低其仿真效率。鉴于此,文中基于开关函数的定义与电容器件的动态特性,对多样性子模块的串联结构进行了统一的动态平均化等值,并根据等值后的动态模型,提出了一种适用于直流电网高效电磁暂态仿真的混合型MMC统一外特性模型以兼顾直流电网对仿真精度及效率的双重要求。同时,所提统一模型具有良好的可移植性以满足其作为研究工具的修改便利性要求。最后,基于ADPSS仿真软件,通过与基于分立元件的详细模型进行对比,验证了所提统一外特性模型的仿真精度与效率。

    • 双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

      2020, 44(5):77-83. DOI: 10.7500/AEPS20190715003

      摘要 (132) HTML (25) PDF 713.46 K (1219) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。

    • MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算

      2020, 44(5):68-76. DOI: 10.7500/AEPS20190729015

      摘要 (180) HTML (69) PDF 819.70 K (1023) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于模块化多电平换流器的高压直流电网作为支撑高比例可再生能源接纳的有效手段,已经成为电网发展的重要方向。双极短路故障是输电线路发生的最严重故障,目前一般通过在 s域内列写直流系统状态方程,然后再基于拉氏反变换求解故障电流,亟待提出短路电流的工程实用计算方法。为此,以张北柔性直流电网为研究对象,首先分析了输电线路双极短路的故障特性及耦合机理。在此基础上,将故障线路靠近阀侧的两端分别看作二端口,分析了故障电流与二端口两侧电压的关系。其次,基于正、负极线路二端口电压变化不大的思想,将环形直流电网简化为两端网络或开式网络,得到故障线路电流的实用计算方法,不再需要求解高阶的拉氏反变换而直接得到故障电流。最后,通过与电磁暂态仿真结果的对比,验证了实用计算方法的可行性与高效性。

    • 具备故障阻断能力的柔性直流输电DC/DC变换器

      2020, 44(5):53-59. DOI: 10.7500/AEPS20190730002

      摘要 (126) HTML (46) PDF 810.16 K (864) 评论 (0) 收藏

      摘要:高压大容量DC/DC变换器作为未来直流电网中的关键设备,近年来成了国内外关注的热点。文中通过将晶闸管和半桥子模块进行有机组合,提出了一种混合式DC/DC变换器拓扑,通过闭锁子模块和晶闸管实现高低压侧短路故障阻断功能,且具有成本低、效率高的优点。对该拓扑结构的工作原理、故障保护机制、控制策略、参数设计和经济性等方面进行了分析论证。最后,搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果验证了该拓扑和控制策略的可行性。

    • 具有限流功能的模块化直流潮流控制器及其控制

      2020, 44(5):38-46. DOI: 10.7500/AEPS20190730005

      摘要 (81) HTML (28) PDF 966.34 K (910) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多端直流输电系统线路潮流控制自由度不足的问题,提出一种模块化直流潮流控制器,其采用模块化结构,便于多线间拓展,具备直流故障限流能力。首先,介绍了模块化直流潮流控制器的拓扑结构,建立了其等效电路模型,阐述了潮流控制和故障限流原理。然后,分析了模块化直流潮流控制器在潮流控制模式下的桥臂功率转移特性,研究了基于交流环流的桥臂功率平衡机理。在此基础上,提出了模块化直流潮流控制器的潮流分配控制和功率平衡控制方法,并详细说明了其在故障限流模式下的控制策略。最后,在PLECS仿真软件中搭建三端直流输电系统,验证了模块化直流潮流控制器在潮流分配、潮流反转、功率阶跃、故障限流等工况下的有效性。

    • 采用时频坐标变换的大规模交直流系统多模态仿真方法

      2020, 44(5):130-137. DOI: 10.7500/AEPS20190805005

      摘要 (68) HTML (46) PDF 965.77 K (775) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了准确地仿真大规模交直流系统的动态特性和各个元件之间的相互影响,亟需一种高精度、高效率的仿真方法。为此,文中提出了基于时频坐标变换的大规模交直流系统多模态仿真方法。在该方法中,直流系统采用时频变换模型进行建模并划分到频移子系统,可以在保证精度的前提下采用更大的步长进行仿真,使仿真效率明显改善。同时还对频移子系统与电磁子系统之间的接口模型,即多模态接口传输线模型进行了优化设计。该接口模型可同时反映动态过程的瞬时值波形和相量值波形。最后,采用国内某实际含有四端柔性直流系统的大规模交直流系统作为案例进行测试,证实了所提方法的有效性。

    • 具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

      2020, 44(5):47-52. DOI: 10.7500/AEPS20191029007

      摘要 (170) HTML (47) PDF 803.55 K (752) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。

    • 基于主动限流控制的直流配电网保护及故障隔离方案

      2020, 44(5):114-121. DOI: 10.7500/AEPS20191114003

      摘要 (97) HTML (29) PDF 677.53 K (656) 评论 (0) 收藏

      摘要:柔性直流配电网中直流故障易引起系统过流,严重威胁电网的安全运行。基于全桥子模块的模块化多电平换流器(FBSM-MMC)的柔性直流配电网大多利用MMC闭锁来切断故障电流,但其闭锁会导致整个直流配电网的短时停电,降低供电的可靠性,迄今尚无有效的解决方案。对此,文中提出一种基于FBSM-MMC主动限流控制的柔性直流配电网保护及故障隔离方案,共包含3个阶段:故障发生后首先利用MMC主动限流控制将换流器输出直流电流限制在1.2倍额定电流附近(阶段1),进而根据各条线路两端直流电流是否具有同步性过零特征实现故障线路的识别(阶段2),在此基础上,进一步提出基于直流断路器与快速机械开关协同配合的故障隔离方案(阶段3)。通过断开故障关联的直流断路器,并控制相应换流站的输出直流电流降低为0,使得故障线路上的机械开关亦能快速开断,从而实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流配电网模型,通过大量仿真验证了所提保护及故障隔离方案的可行性。

    • 柔性直流电网故障的主动控制特约主编寄语

      2020, 44(5):1-2. DOI: 10.7500/AEPS20200110011

      摘要 (195) HTML (224) PDF 414.90 K (859) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 考虑MMC主动限流控制的直流短路电流计算方法

      2020, 44(5):84-90. DOI: 10.7500/AEPS20190408013

      摘要 (130) HTML (100) PDF 732.17 K (994) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证模块化多电平换流器(MMC)不闭锁退出运行,需要限制直流短路电流的上升速度。MMC的主动限流控制能够通过减少电容放电时间实现短路电流的限制,并且不产生额外成本,是一种新型限流方案。目前的直流短路电流计算方法无法体现MMC主动限流控制带来的故障电路结构和参数变化。文中提出一种考虑MMC主动限流控制的直流短路电流计算方法。通过引入电容放电状态占空比参数来体现主动限流控制对直流短路电流的影响,基于状态空间平均法建立直流短路电流的状态方程,给出直流短路电流的时域解析表达式。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提计算方法的有效性。

    • 自适应限流型固态断路器的直流电源设计

      2020, 44(5):30-37. DOI: 10.7500/AEPS20190418012

      摘要 (78) HTML (35) PDF 1.62 M (911) 评论 (0) 收藏

      摘要:为消除常规限流电抗对直流系统运行稳定性和直流断路器断流速度的不利影响,桥式限流型固态断路器实现了兼具自适应故障限流与断流的优异性能,但其桥电路中的直流偏置电源存在无过流保护和电源容量与投资成本相对较高的缺陷。针对桥式限流型固态断路器,文中设计了一种基于三相半波整流电路的直流偏置电源,提出了偏置电源参数选取和电压整定方法,有效减少了电力电子器件数量,实现了偏置电源过流保护电路,降低了偏置电源设计容量和制造成本。样机实验和仿真算例证明了所提出的自适应限流型固态断路器的偏置电源的优势。

    • 基于电压应力分析的柔性直流换流站故障限流阻抗参数优化

      2020, 44(5):14-22. DOI: 10.7500/AEPS20190626004

      摘要 (68) HTML (29) PDF 2.59 M (660) 评论 (0) 收藏

      摘要:故障限流器(FCL)能在柔性直流电网短路故障识别后快速投入限流,以降低对直流断路器(DCCB)的要求。首先,通过分析FCL的工作原理,获取故障下含FCL的柔性直流换流站等效电路;计算不同阻抗类型的FCL故障电流和电压应力,分析其随故障限流阻抗参数变化的特征,提出理想限流阻抗并分析其特征。然后,提出以DCCB分断电流和FCL成本为优化目标的限流阻抗参数优化方法。在PSCAD/EMTDC中进行仿真对比,验证了电压应力计算和优化模型的正确性。

    • 采用故障阻断型换流器的直流配电网故障处理技术综述

      2020, 44(5):101-113. DOI: 10.7500/AEPS20190418004

      摘要 (73) HTML (57) PDF 746.29 K (727) 评论 (0) 收藏

      摘要:故障的快速隔离与恢复是保障直流配电网供电可靠性的关键问题,利用具有故障自清除能力的换流器和隔离开关配合实现故障电流的阻断与隔离是直流配电网的重要发展方向之一。文中从继电保护与故障定位、故障隔离及故障恢复3个方面,针对采用阻断型换流器的直流配电网故障处理技术的研究现状进行了归纳和总结,梳理了采用阻断型换流器的直流配电网故障处理技术存在的问题和难点,并对该研究方向的关键技术发展趋势进行了展望。