VSC-HVDC系统典型故障仿真与分析

发布时间：2017-05-28 03:07

  本文关键词：VSC-HVDC系统典型故障仿真与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔性直流输电系统采用全控型开关器件,这使得电压源换流器电流能够实现自关断,因此柔性直流输电系统不需要交流系统提供换相电压,更适合连接弱交流电网,受端系统可以是远距离孤立负荷或无源网络。柔性直流输电较常规直流输电相比还具有模块化程度较高、可以实现有功无功独立控制、换流站占地面积小等优点。柔性直流输电系统由于其自身的优势势必成为未来输配电系统中一个不可或缺的重要组成部分,在风力发电、太阳能发电等新能源发电技术上,柔性直流输电也将成为必不可少的输电手段。VSC-HVDC系统由换流站、交流系统和直流输电线路三大部分构成,其中任何一部分发生故障,都有可能影响到整个柔性直流输电系统运行的可靠性和有关设备的安全,使换流阀遭受过电压或过电流等异常危害。换流器是VSC-HVDC系统中关键且昂贵的元件,它的每个桥臂都是有若干个大功率全控组件串并联组成,是装置中的重点保护对象,如何提高系统的可靠性和安全性成为目前需要解决的问题,本文主要针对柔性直流输电系统中一些典型的故障进行仿真,为柔性直流输电系统的故障诊断以及制定合理的故障保护策略提供理论依据。本文通过研究两端柔性直流输电系统的总体结构,建立了VSC-HVDC系统两相旋转坐标系d-q下的数学模型。设计VSC-HVDC系统的控制策略并搭建柔性直流输电系统的仿真模型。1.模拟了换流站内部交流侧单相接地短路、相间短路故障。在内部交流母线故障期间,直流侧正负极电容会通过导通的故障相换流阀和故障点形成放电通路,导致直流电压下降。非故障相桥臂导通时会对直流电容充电,直流电压上升。故障期间这两种现象交替出现。2.模拟了换流站内部直流侧出口短路故障。故障时一方面直流电容放电使直流侧电压为零,另一方面故障点和换流站导通的上下两桥臂形成电流通路,直流侧功率的传输被中断。3.模拟换流阀短路故障。整流侧阀短路故障时将会交替出现两相短路、三相短路和直流侧短接现象。4.模拟换流阀开路故障。电路的拓扑结构发生变化,故障相电流的正半周或负半周被削去,三相电流出现直流分量。5.模拟VSC-HVDC系统直流线路断线、单极接地、双极短路故障情况。最后对各种不同故障情况下系统响应进行分析,描述其故障特征,对故障发生过程中电压和电流应力变化规律进行研究。
【关键词】：柔性直流输电系统 换流阀开路故障 换流阀短路故障 故障特性
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 柔性直流输电工程介绍10-11
• 1.3 VSC-HVDC系统发展及故障研究现状11-12
• 1.4 本文的主要工作12-15
• 2 VSC-HVDC系统模型的建立15-35
• 2.1 VSC-HVDC系统总体结构15-16
• 2.2 电压源换流器16-21
• 2.2.1 IGBT的结构与原理17
• 2.2.2 IGBT的特性17-18
• 2.2.3 三相三电平电压源换流器18-20
• 2.2.4 三相两电平电压源换流器20-21
• 2.3 VSC-HVDC系统控制策略21-26
• 2.4 VSC-HVDC系统仿真模型搭建26-28
• 2.5 VSC-HVDC系统起停和阶跃响应28-31
• 2.6 VSC-HVDC系统正常运行时的仿真波形31-35
• 3 VSC-HVDC系统换流站内部交流和直流侧故障35-49
• 3.1 换流站内部交流侧母线故障仿真和分析36-46
• 3.1.1 换流站交流侧单相对地短路仿真和分析36-42
• 3.1.2 换流站交流侧相间短路仿真和分析42-46
• 3.2 VSC-HVDC系统换流站内部直流侧出.短路仿真分析46-49
• 4 VSC-HVDC系统换流站阀体故障49-77
• 4.1 VSC-HVDC换流阀短路故障49-65
• 4.1.1 VSC-HVDC整流侧换流器阀VT6短路故障仿真与分析49-53
• 4.1.2 VSC-HVDC整流侧换流器阀VT3和VT2同时短路仿真与分析53-57
• 4.1.3 VSC-HVDC整流侧换流器阀VT3和VT5同时短路仿真波形57-60
• 4.1.4 VSC-HVDC逆变侧换流器阀短路仿真波形60-65
• 4.2 VSC-HVDC换流器阀开路故障65-77
• 4.2.1 VSC-HVDC换流阀VT2开路故障仿真与分析65-69
• 4.2.2 VSC-HVDC整流侧换流器阀VT1和VT2同时开路仿真波形69-72
• 4.2.3 VSC-HVDC逆变侧换流器阀VT2开路仿真波形72-77
• 5 VSC-HVDC系统直流线路故障77-91
• 5.1 直流系统断线故障仿真波形77-82
• 5.2 直流系统单极接地故障82-85
• 5.3 直流系统双极短路故障85-88
• 5.4 VSC-HVDC系统保护原理88-91
• 6 总结与展望91-93
• 6.1 主要研究工作总结91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-99
• 附录 硕士研究生期间发表的论文99

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