柔性直流电网故障传播与保护机理研究
发布时间：2022-11-12 08:43
柔性直流电网可以最大限度地综合各种新能源和负荷的分布特性进行多元互补,是实现大规模新能源消纳以及远距离传输的有效手段。但是因为低惯性的特性,柔性直流电网在发生严重的直流短路故障后换流器和直流侧的储能元件将迅速放电,造成故障发展快、影响范围广,故障电流迅速上升。同时,直流电网中电力电子器件也受到故障电流的冲击。然而,换流器中的IGBT耐流能力弱,故障下几毫秒内电流即达到其耐受上限,将损毁换流器中开关器件或导致闭锁,致使直流电网停运,严重危害直流电网及其嵌入的交流系统稳定性。针对柔性直流电网故障后的问题,论文围绕柔性直流电网的故障传播机理与保护的主题进行研究。首先阐述并对比了柔性直流电网的系统级和站级控制策略;然后,为研究柔性直流电网直流故障后电流的演变机理,基于单端换流站故障放电模型,提出一种具有通用性的直流电网故障电流计算方法。利用该方法提出了柔性直流电网的限流电抗器优化配置方法。其次,提出了一种利用直流侧故障限流器电压变化值的快速直流故障检测方法。最后,研究了考虑故障限流器投入过程对故障电流的影响机理。论文主要的研究工作如下:（1）柔性直流电网故障传播与故障电流计算基于单端模块化多电...
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及其意义
1.1.1 柔性直流电网的发展现状
1.1.2 课题的提出
1.2 国内外研究动态
1.2.1 柔性直流电网故障传播与故障计算方法
1.2.2 柔性直流电网快速故障检测研究
1.2.3 含直流故障限流装置动作的直流电网故障电流演变机理研究
1.3 课题研究内容
第2章 柔性直流电网控制策略研究
2.1 柔性直流电网系统级控制
2.1.1 主从式控制与直流电压偏差控制
2.1.2 电压下垂控制
2.1.3 电压偏差-下垂控制
2.1.4 直流电网控制策略比较
2.2 柔性直流电网站级控制策略
2.2.1 传统MMC站级控制策略
2.2.2 基于虚拟同步发电机(VSG)的MMC控制
2.3 基于虚拟同步发电机控制的柔性直流电网仿真
2.4 本章小结
第3章 柔性直流电网故障传播研究
3.1 柔性直流电网故障等效原理与网络节点定义
3.1.1 直流电网故障等效原理
3.1.2 直流电网故障网络节点定义
3.2 柔性直流电网故障电流计算方法
3.2.1 故障前初始网络矩阵构建
3.2.2 故障后网络矩阵修正
3.3 含DC/DC变换器的柔性直流电网故障电流计算
3.4 柔性直流电网限流电抗器配置方法
3.4.1 限流电抗器优化目标函数
3.4.2 模拟退火优化算法
3.5 柔性直流电网故障电流计算方法验证
3.5.1 张北双极柔性直流电网故障电流计算方法验证
3.5.2 对称单极直流电网系统故障电流计算方法验证
3.5.3 含DC/DC变换器直流电网故障电流计算方法验证
3.5.4 直流电网限流电抗器配置方法验证
3.6 本章小结
第4章 柔性直流电网快速故障检测研究
4.1 柔性直流电网限流电抗器边界效应机理分析
4.2 基于限流电抗器电压值的柔性直流电网快速检测方法
4.2.1 基于单端测量的柔性直流电网快速主保护
4.2.2 柔性直流电网差动后备保护
4.3 故障检测方法验证
4.3.1 柔性直流电网测试系统
4.3.2 柔性直流电网快速主保护验证
4.3.3 柔性直流电网差动后备保护验证
4.3.4 其他扰动对保护的影响分析
4.4 本章小结
第5章 含直流故障限流装置动作的直流电网故障电流演变机理
5.1 电感型故障限流器动作电流特性分析
5.1.1 电感投入对故障电流的影响
5.1.2 不同直流电抗器和限流器电抗配置下的电流分析
5.2 考虑避雷器特性下的故障电流分析
5.2.1 考虑限流器中MOA特性的故障电流
5.2.2 考虑直流断路器动作的故障电流特性分析
5.3 含限流电抗器和直流断路器动作的直流电网故障电流计算
5.4 考虑故障限流器的柔性直流电网故障电流计算方法验证
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]张北柔性直流电网试验示范工程获得国家核准[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2017(06)
[2]一种新型限流式高压直流断路器拓扑[J]. 李帅,赵成勇,许建中,郭春义. 电工技术学报. 2017(17)
[3]DC fault analysis for modular multilevel converter-based system[J]. Bin LI,Jiawei HE,Jie TIAN,Yadong FENG,Yunlong DONG. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2017(02)
[4]多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案[J]. 何佳伟,李斌,李晔,邱宏,王常骐,戴冬康. 中国电机工程学报. 2017(23)
[5]基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别[J]. 刘剑,邰能灵,范春菊,郑晓冬,黄文焘. 电工技术学报. 2017(03)
[6]张北柔直电网工程直流线路短路过程中直流过电压分析[J]. 李英彪,卜广全,王姗姗,云雷,赵兵,王铁柱,杨大业. 中国电机工程学报. 2017(12)
[7]全球首个投入工程应用的高压直流断路器在舟山投运[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2016(06)
[8]柔性直流电网架空线路快速保护方案[J]. 王艳婷,张保会,范新凯. 电力系统自动化. 2016(21)
[9]基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案[J]. 李斌,何佳伟,李晔,欧逸哲. 中国电机工程学报. 2016(21)
[10]我国首个自主研发、世界上电压等级最高、分断能力最强的直流断路器顺利完成大电流分断试验[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2016(05)
博士论文
[1]模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究[D]. 许建中.华北电力大学 2014
硕士论文
[1]IGBT高压串联阀组件开通暂态电流过冲产生机理及其抑制方法研究[D]. 杨杰.中国电力科学研究院 2014
[2]MMC-HVDC故障分析和保护策略研究[D]. 周建.合肥工业大学 2013
本文编号：3706056
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及其意义
1.1.1 柔性直流电网的发展现状
1.1.2 课题的提出
1.2 国内外研究动态
1.2.1 柔性直流电网故障传播与故障计算方法
1.2.2 柔性直流电网快速故障检测研究
1.2.3 含直流故障限流装置动作的直流电网故障电流演变机理研究
1.3 课题研究内容
第2章 柔性直流电网控制策略研究
2.1 柔性直流电网系统级控制
2.1.1 主从式控制与直流电压偏差控制
2.1.2 电压下垂控制
2.1.3 电压偏差-下垂控制
2.1.4 直流电网控制策略比较
2.2 柔性直流电网站级控制策略
2.2.1 传统MMC站级控制策略
2.2.2 基于虚拟同步发电机(VSG)的MMC控制
2.3 基于虚拟同步发电机控制的柔性直流电网仿真
2.4 本章小结
第3章 柔性直流电网故障传播研究
3.1 柔性直流电网故障等效原理与网络节点定义
3.1.1 直流电网故障等效原理
3.1.2 直流电网故障网络节点定义
3.2 柔性直流电网故障电流计算方法
3.2.1 故障前初始网络矩阵构建
3.2.2 故障后网络矩阵修正
3.3 含DC/DC变换器的柔性直流电网故障电流计算
3.4 柔性直流电网限流电抗器配置方法
3.4.1 限流电抗器优化目标函数
3.4.2 模拟退火优化算法
3.5 柔性直流电网故障电流计算方法验证
3.5.1 张北双极柔性直流电网故障电流计算方法验证
3.5.2 对称单极直流电网系统故障电流计算方法验证
3.5.3 含DC/DC变换器直流电网故障电流计算方法验证
3.5.4 直流电网限流电抗器配置方法验证
3.6 本章小结
第4章 柔性直流电网快速故障检测研究
4.1 柔性直流电网限流电抗器边界效应机理分析
4.2 基于限流电抗器电压值的柔性直流电网快速检测方法
4.2.1 基于单端测量的柔性直流电网快速主保护
4.2.2 柔性直流电网差动后备保护
4.3 故障检测方法验证
4.3.1 柔性直流电网测试系统
4.3.2 柔性直流电网快速主保护验证
4.3.3 柔性直流电网差动后备保护验证
4.3.4 其他扰动对保护的影响分析
4.4 本章小结
第5章 含直流故障限流装置动作的直流电网故障电流演变机理
5.1 电感型故障限流器动作电流特性分析
5.1.1 电感投入对故障电流的影响
5.1.2 不同直流电抗器和限流器电抗配置下的电流分析
5.2 考虑避雷器特性下的故障电流分析
5.2.1 考虑限流器中MOA特性的故障电流
5.2.2 考虑直流断路器动作的故障电流特性分析
5.3 含限流电抗器和直流断路器动作的直流电网故障电流计算
5.4 考虑故障限流器的柔性直流电网故障电流计算方法验证
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]张北柔性直流电网试验示范工程获得国家核准[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2017(06)
[2]一种新型限流式高压直流断路器拓扑[J]. 李帅,赵成勇,许建中,郭春义. 电工技术学报. 2017(17)
[3]DC fault analysis for modular multilevel converter-based system[J]. Bin LI,Jiawei HE,Jie TIAN,Yadong FENG,Yunlong DONG. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy. 2017(02)
[4]多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案[J]. 何佳伟,李斌,李晔,邱宏,王常骐,戴冬康. 中国电机工程学报. 2017(23)
[5]基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别[J]. 刘剑,邰能灵,范春菊,郑晓冬,黄文焘. 电工技术学报. 2017(03)
[6]张北柔直电网工程直流线路短路过程中直流过电压分析[J]. 李英彪,卜广全,王姗姗,云雷,赵兵,王铁柱,杨大业. 中国电机工程学报. 2017(12)
[7]全球首个投入工程应用的高压直流断路器在舟山投运[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2016(06)
[8]柔性直流电网架空线路快速保护方案[J]. 王艳婷,张保会,范新凯. 电力系统自动化. 2016(21)
[9]基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案[J]. 李斌,何佳伟,李晔,欧逸哲. 中国电机工程学报. 2016(21)
[10]我国首个自主研发、世界上电压等级最高、分断能力最强的直流断路器顺利完成大电流分断试验[J]. 本刊讯. 电力与能源. 2016(05)
博士论文
[1]模块化多电平换流器电磁暂态高效建模方法研究[D]. 许建中.华北电力大学 2014
硕士论文
[1]IGBT高压串联阀组件开通暂态电流过冲产生机理及其抑制方法研究[D]. 杨杰.中国电力科学研究院 2014
[2]MMC-HVDC故障分析和保护策略研究[D]. 周建.合肥工业大学 2013
本文编号：3706056
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