多端柔性直流电网故障分析与限流方案研究

发布时间：2020-11-17 22:50

　　 随着传统能源的短缺和环境恶化问题的不断加剧,新型清洁能源的开发和利用得到了充分重视及快速发展。但受传统电力系统的消纳能力限制,大部分可再生能源并没有得到充分利用。柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技术具备传输容量大、线损低、可靠性高等优势,且具有功率的独立控制性、无换相失败等优点,可有效解决上述问题,其中又以基于电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)的柔性直流系统在工程实际应用中最为广泛。相较于简单的点对点直流输电系统,多端直流输电(Multi-terminal Direct Current,MTDC)系统灵活性更强,更有应用前景。截止到现在,世界上已经投运的柔性直流工程至少有24个,其中大部分工程是两端拓扑结构。多端柔性直流电网发展受缺乏成熟的直流侧故障分析及故障隔离技术等因素制约。针对VSC-HVDC系统,本文开展直流故障分析及限流技术的研究,完成的工作如下:1、提出了一种两电平VSC-HVDC系统极对极故障后电容提供短路电流的近似计算方法。首先,利用相模变换将两条直流线路进行解耦,消除线路间的电磁关联,将复杂的波动方程解耦为2个互不影响的模量方程,通过分别求解各模量上的波动方程,再将模量进行矩阵反变换,变为相量,从而得到相量上的波过程解。其次,考虑输电线路的分布式参数及集肤效应,并计及线路参数与频率有关的特性,利用行波分析及拉普拉斯变换,推导出适用于大容量远距离的高压直流输电系统极对极故障后电容元件供流的近似计算公式。2、设计了一种针对模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)真双极结构HVDC系统的新型故障限流模块。该模块由可控晶体管及限流电阻并联后串联至MMC换流器与中性线之间,在正常状态下晶体管导通,电流仅流过晶体管,限流电阻不投入运行。若直流侧发生故障,则控制晶闸管立即关断,限流电阻投入电路,由此改变了子模块电容放电通路的阻尼特性,能够有效限制故障电流。此外,分析了新型限流模块的具体工作原理,并对其限流参数的选值依据进行详细推导,从而得出较为确切的电阻选值范围。与传统的限流电感方案相比,所设计的模块不但在正常运行时无任何损耗,而且其故障限流效果更加明显。若电阻取值合适,可避免由于过流引起的IGBT闭锁,增强系统的供电可靠性。3、仿真分析了所提故障后电容电流近似计算方法的准确性以及故障限流方案的有效性。本文使用的模型均在PSCAD仿真平台搭建,首先基于±200kV两端两电平VSC-HVDC模型,通过设置不同工况,验证了近似计算方法的有效性。此外,基于在建的张北柔直示范工程,搭建了两端、四端±500kV真双极MMC-HVDC模型对所提限流方案进行仿真。仿真结果表明,所提限流方案能够达到期望的限流效果。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM721.1
【部分图文】：

？?子模块的运行状态可以分为三种情况：??状态１：如图３－２所示，子模块中的ＩＧＢＨ、Ｔ２均关断，Ｄ！导通时，子??模块电容充电；Ｄ２导通时，子模块电容被旁路。这种状态仅出现在需闭锁换流??器或换流器启动向电容充电时。??ＴＪ＾２ｉＤ－?Ｔ」｜＾Ｄｉ??Ｃ?Ｃ二二?＊?Ｃ??ｒ－－?ｃ????（ａ）?（ｂ）??图３－２?ＭＭＣ换流器子模块工作状态１??２６??

?０??Ｎ??图３－１模块化多电平换流器拓扑??（２）子模块运行原理??子模块是ＭＭＣ的基本组成单元，将子模块电容电压记作仏，调控子模块??的投切，使子模块输出０或Ｃ／ｃ两种电平，即可控制换流器的运行状态。??？?子模块的运行状态可以分为三种情况：??状态１：如图３－２所示，子模块中的ＩＧＢＨ、Ｔ２均关断，Ｄ！导通时，子??模块电容充电；Ｄ２导通时，子模块电容被旁路。这种状态仅出现在需闭锁换流??器或换流器启动向电容充电时。??ＴＪ＾２ｉＤ－?Ｔ」｜＾Ｄｉ??Ｃ?Ｃ二二?＊?Ｃ??ｒ－－?ｃ????（ａ）?（ｂ）??图３－２?ＭＭＣ换流器子模块工作状态１??２６??

??状态２：如图３－３，子模块中的ＩＧＢＴＴ：导通，Ｔ２关断，此时子模块输出电??压等于电容电压［／。。当！＾导通时，子模块电容放电；ｉＤｉ导通时，子模块电容??充电，也称作“投入状态”。??？?ｃｌ?Ｉ?ｃ?ｃＣｔ???：??ｒ??（ａ）?（ｂ）??图３－３?ＭＭＣ换流器子模块工作状态２??状态３：如图３－４，子模块中的Ｉ关断，Ｔ２导通，子模块电容被旁路，其输??出电压为零，也称作“切除状态”。??Ｃ?丁?ｅ?ｃ??？?ｉ—ｉ?■?＇—??（ａ）?（ｂ）??．?图３－４?ＭＭＣ换流器子模块工作状态３??由以上分析，控制换流器中ＩＧＢＴ的触发脉冲，即可改变子模块的运行状态。??（３）?ＭＭＣ运行原理??如图３－１所示，换流器的三个相单元严格对称，将换流器直流侧输出的正负??母线分别标记为Ｐ和Ｎ，则直流电压即为Ｐ、Ｎ之间的电压Ｕｄｅ。设定一个假想??的直流侧中点０
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本文编号：2888010