交流系统电压对MMC-HVDC接地故障时换流器闭锁前桥臂电流的影响机理
发布时间：2021-06-18 07:23
直流线路接地故障是模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的主要故障类型。发生故障时,为满足直流断路器切断电流要求,应在MMC闭锁前切除故障,而MMC的闭锁时刻取决于子模块中绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）承受故障时桥臂电流的能力,因此对故障时单桥臂电流的特性分析提出了更细致具体的要求。首先介绍了真双极MMC的拓扑结构和工作原理,分析了在发生直流线路单极接地故障时闭锁前故障电流不同成分在MMC桥臂上的流通路径。然后采用复频域计算法,构建了故障时桥臂电流的数学模型,推导了交流系统电压对MMC闭锁前桥臂短路电流的影响机理。研究表明交流系统电压相角对故障时桥臂电流的幅值影响显著。最后,基于PSCAD仿真实验平台,搭建31电平单端及51电平双端MMC-HVDC,在不同电压幅值与相角取值下的仿真结果验证了该机理的正确性。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(13)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单相子模块电容器放电瞬时值复频域中运算电路模型
鄣缌鞯挠跋旎??-25-dcdcarctan(6)由于直流线路电流等于三相单元电流之和，且网侧三相相电压对于直流线路相互抵消，交流系统馈入电流仅会影响桥臂电流。以A相上桥臂为例，有mssin2Iit(7)设A相等效电势表达式为amautUsint(8)式(7)中，mmac0/2UILL(9)a90(10)则对于A相上桥臂，可得发生单极接地故障，触发脉冲闭锁前桥臂电流表达式为usii(t)i(11)3交流系统对单极接地故障电流影响机理不同A相等效电势相位角下的桥臂电流各部分分解图如图7所示，可见，在系统闭锁前，子模块电容放电电流起到主导作用，但交流馈入电流部分也不能忽视。对于不同的A相等效电势相位角，交流部分对桥臂电流的影响也有区别，研究交流系统对直流故障影响机理，可以对闭锁时间设置以及子模块元件的电气设计提供更加精确的理论依据。图7不同相位桥臂各部分电流分解图Fig.7Decompositiondiagramofdifferentphasesofbridgearmcurrent将式(2)两个同频率不同相位的三角函数合并，得dc220Ldc0Ldcdc0dc0Ldcdcdc0Ldc0dcesincos2sinsinarctancos2tIUIitLItUIL(12)因为式(12)为不同频率三角函数组合，用解析方法直接求解最值需要用到N倍角公式进行替代求解，解析过程十分困难，计算结果也很复杂，不利于更加直观地研究影响机理。首先要简化dc与的关系。由电路理论可得，对于LC串联电路，在串联谐振角频率下，电感的电抗等于电容的容抗，可得相单元串联谐振角频率res的表达式为res0001=2nLC(13)即dcres0R/4L，经文献[2
双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)T1、T2和上下部二极管D1、D2以及子模块电容器组成，每相的上下两个桥臂合在一起称为一个相单元，子模块存在投入、切除和闭锁3种工作状态。换流器通过控制子模块的投入和切除来调制出理想的交流电压，通过三相调制波互差120°来保证交流输出电压三相对称，三个相单元处于投入的子模块数相等且不变，从而维持直流电压恒定，并通过将各相单元中投入状态的子模块在该相单元上、下桥臂之间进行分配，从而实现对输出交流电压的调节[21-23]。图1MMC的拓扑结构图Fig.1TopologicalstructureofMMC1.2真双极系统拓扑结构图2为真双极MMC-HVDC输电系统基本结构。真双极输电系统由两端换流站、直流线路及交流系统组成，两侧换流站分别由上、下两个结构一样的换流器和变压器组成，接地极引线从正极换流器与负极换流器在直流侧的连接点引出，采用站内接地的方式。图2真双极MMC-HVDC系统拓扑结构Fig.2TopologicalstructureoftruebipolarMMC-HVDCsystem2单极接地故障的物理过程分析对直流正极接地故障进行分析，如图3所示。故障发生后，在换流站闭锁前，换流器a的上下桥
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析[J]. 戴志辉,刘雪燕,何永兴,苏怀波. 电力系统保护与控制. 2019(19)
[2]并联型多端直流输电系统运行方式研究[J]. 彭忠,魏金科,赵静,李泰,荆雪记,苏进国,胡永昌,李艳梅,袁飞. 电力系统保护与控制. 2019(16)
[3]交流谐波经MMC的传导机理及叠加特性研究[J]. 李国庆,于泽平,金国彬,安军伟. 电力系统保护与控制. 2019(10)
[4]柔性直流输电系统贡献交流短路电流的特性分析及计算方法[J]. 易杨,沈豫,林章岁. 高电压技术. 2018(07)
[5]双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究[J]. 陈继开,孙川,李国庆,李扬,李江. 电工技术学报. 2017(10)
[6]架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护[J]. 郭晓茜,崔翔,齐磊. 中国电机工程学报. 2017(08)
[7]含桥臂阻尼的MMC-HVDC直流双极短路故障机理分析[J]. 马焕,姚为正,吴金龙,行登江,杨美娟,孙树敏,李广磊. 电网技术. 2017(07)
[8]直流电网潮流分析与控制研究综述[J]. 李国庆,边竞,王鹤,杨洋,王浩翔. 高电压技术. 2017(04)
[9]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊. 中国电机工程学报. 2016(07)
[10]抑制模块化多电平变流器谐振的子模块电容参数设计方法[J]. 刘普,王跃,雷万钧. 中国电机工程学报. 2015(07)
本文编号：3236236
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(13)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单相子模块电容器放电瞬时值复频域中运算电路模型
鄣缌鞯挠跋旎??-25-dcdcarctan(6)由于直流线路电流等于三相单元电流之和，且网侧三相相电压对于直流线路相互抵消，交流系统馈入电流仅会影响桥臂电流。以A相上桥臂为例，有mssin2Iit(7)设A相等效电势表达式为amautUsint(8)式(7)中，mmac0/2UILL(9)a90(10)则对于A相上桥臂，可得发生单极接地故障，触发脉冲闭锁前桥臂电流表达式为usii(t)i(11)3交流系统对单极接地故障电流影响机理不同A相等效电势相位角下的桥臂电流各部分分解图如图7所示，可见，在系统闭锁前，子模块电容放电电流起到主导作用，但交流馈入电流部分也不能忽视。对于不同的A相等效电势相位角，交流部分对桥臂电流的影响也有区别，研究交流系统对直流故障影响机理，可以对闭锁时间设置以及子模块元件的电气设计提供更加精确的理论依据。图7不同相位桥臂各部分电流分解图Fig.7Decompositiondiagramofdifferentphasesofbridgearmcurrent将式(2)两个同频率不同相位的三角函数合并，得dc220Ldc0Ldcdc0dc0Ldcdcdc0Ldc0dcesincos2sinsinarctancos2tIUIitLItUIL(12)因为式(12)为不同频率三角函数组合，用解析方法直接求解最值需要用到N倍角公式进行替代求解，解析过程十分困难，计算结果也很复杂，不利于更加直观地研究影响机理。首先要简化dc与的关系。由电路理论可得，对于LC串联电路，在串联谐振角频率下，电感的电抗等于电容的容抗，可得相单元串联谐振角频率res的表达式为res0001=2nLC(13)即dcres0R/4L，经文献[2
双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)T1、T2和上下部二极管D1、D2以及子模块电容器组成，每相的上下两个桥臂合在一起称为一个相单元，子模块存在投入、切除和闭锁3种工作状态。换流器通过控制子模块的投入和切除来调制出理想的交流电压，通过三相调制波互差120°来保证交流输出电压三相对称，三个相单元处于投入的子模块数相等且不变，从而维持直流电压恒定，并通过将各相单元中投入状态的子模块在该相单元上、下桥臂之间进行分配，从而实现对输出交流电压的调节[21-23]。图1MMC的拓扑结构图Fig.1TopologicalstructureofMMC1.2真双极系统拓扑结构图2为真双极MMC-HVDC输电系统基本结构。真双极输电系统由两端换流站、直流线路及交流系统组成，两侧换流站分别由上、下两个结构一样的换流器和变压器组成，接地极引线从正极换流器与负极换流器在直流侧的连接点引出，采用站内接地的方式。图2真双极MMC-HVDC系统拓扑结构Fig.2TopologicalstructureoftruebipolarMMC-HVDCsystem2单极接地故障的物理过程分析对直流正极接地故障进行分析，如图3所示。故障发生后，在换流站闭锁前，换流器a的上下桥
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析[J]. 戴志辉,刘雪燕,何永兴,苏怀波. 电力系统保护与控制. 2019(19)
[2]并联型多端直流输电系统运行方式研究[J]. 彭忠,魏金科,赵静,李泰,荆雪记,苏进国,胡永昌,李艳梅,袁飞. 电力系统保护与控制. 2019(16)
[3]交流谐波经MMC的传导机理及叠加特性研究[J]. 李国庆,于泽平,金国彬,安军伟. 电力系统保护与控制. 2019(10)
[4]柔性直流输电系统贡献交流短路电流的特性分析及计算方法[J]. 易杨,沈豫,林章岁. 高电压技术. 2018(07)
[5]双极MMC-HVDC系统直流故障特性研究[J]. 陈继开,孙川,李国庆,李扬,李江. 电工技术学报. 2017(10)
[6]架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护[J]. 郭晓茜,崔翔,齐磊. 中国电机工程学报. 2017(08)
[7]含桥臂阻尼的MMC-HVDC直流双极短路故障机理分析[J]. 马焕,姚为正,吴金龙,行登江,杨美娟,孙树敏,李广磊. 电网技术. 2017(07)
[8]直流电网潮流分析与控制研究综述[J]. 李国庆,边竞,王鹤,杨洋,王浩翔. 高电压技术. 2017(04)
[9]先进交直流输电技术在中国的发展与应用[J]. 汤广福,庞辉,贺之渊. 中国电机工程学报. 2016(07)
[10]抑制模块化多电平变流器谐振的子模块电容参数设计方法[J]. 刘普,王跃,雷万钧. 中国电机工程学报. 2015(07)
本文编号：3236236
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