摘要：针对目前高压直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)存在造价高和体积大的问题。该文设计了适用于柔性直流电网故障清除的并联型混合MMC拓扑(parallel hybrid modular multilevel converter,PH-MMC)。在传统半桥MMC拓扑的基础上,通过集成由全桥子模块(full-bridge submodules,FBSM)组成的能量吸收支路到MMC内部,并在其桥臂和直流侧增加相应的辅助支路,可在故障期间快速有效地清除直流故障。介绍了PH-MMC拓扑的工作原理、附加控制器的设计和直流故障的清除过程,对新增各部分支路器件的电压、电流应力进行分析,并就典型方案的器件使用数量进行对比。在PSCAD/EMTDC搭建四端直流电网模型进行验证,仿真结果表明:PH-MMC(10)MCB方案可快速清除直流故障,具有一定的经济性和实用性。

摘要：半全混合型模块化多电平换流器(hybrid modular multi-level converter,hybrid-MMC)能够利用全桥子模块清除直流故障,但其器件成本和运行损耗均较半桥型MMC增加一半以上,而半桥型MMC本身不具备故障清除能力。该文设计一种嵌套型MMC(converter embedded MMC,CE-MMC)方案,将子模块混合型MMC扩展到换流站混合型MMC,该拓扑结构使换流站整体具备负电平输出能力,故障后输出负电压清除故障。介绍CE-MMC拓扑的原理及故障穿越策略,分析方案中各支路器件参数的选取原则。仿真结果表明,CE-MMC方案在故障发生后4.2ms即可清除故障,相对多种典型方案具有经济性优势。

摘要：在采用高低阀接线的半桥型模块化多电平换流器(MMC)特高压远距离直流输电系统中,故障清除所需的特高压直流断路器尚不成熟,并且成本较高。针对上述问题,文中提出一种采用高低阀接线的嵌套型MMC拓扑。参考全桥子模块运行的基本原理,设计辅助高阀MMC进行电压极性反转的外嵌桥臂、内嵌能量转移支路,使半桥型MMC换流站实现较混合型MMC成本更低的无闭锁直流故障穿越。根据故障清除期间各支路的通断时序与不同器件的通断用时,设计了故障穿越控制策略。通过对各阶段器件的电流、电压应力进行分析,为器件提供选型与数目配置依据。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提策略的有效性,并将器件成本和运行损耗与现有MMC方案进行对比,证明了所提方案更具经济优势。

摘要：柔性直流电网在可再生能源并网和区域电网互联领域有重要应用前景,但是故障电流峰值随着系统端数和容量提高不断增长,进而直流断路器成本也进一步抬高。传统方法仅使用单一的故障线路上断路器清除故障,文中基于直流电网的空间互联结构,提出多断路器配合清除故障方案。由于多支相邻断路器投入分担故障能量,降低了对故障线路断路器的需求。进一步地,提出辅助限制线路震荡的断路器限流控制方法。基于张北直流电网提出多断路器配合的主保护、后备保护和重合闸方案。仿真结果表明,断路器主保护耗能减少18.8%~25.2%,系统恢复时间减少36%~44.8%。

摘要：直流断路器(DCCB)的造价和体积与其开断电流大小密切相关。文中从降低DCCB的开断电流层面出发,设计了适用于半桥模块化多电平换流器(MMC)故障限流的自适应限流控制器。通过在直流故障工况下调整MMC直流电压和子模块电容电压参考值,可自动快速限制故障电流发展速度。采用数学解析的方法对自适应控制器的限流原理进行了分析。在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端柔性直流电网进行仿真验证。仿真结果表明:相比于无任何限流措施的控制方案,自适应限流控制可有效降低断路器的开断电流,明显减少避雷器吸收的能量,同时可加快故障后的系统恢复。

摘要：采用半桥型模块化多电平换流器的直流电网面临直流故障清除难题,高压直流断路器面临切除时间和切除容量的矛盾。为此,该文提出一种适用于抑制直流侧故障电流的混合式故障限流器(hybrid FCL)拓扑,并提出限流效果评价指标。具体而言,该限流器在稳态时负载电流通过低损耗支路通流,故障后通过负载转换开关使故障电流通过限流支路。限流支路是由晶闸管、换相电容和限流电感组成的H桥电路,其目的在于使用半控型电力电子器件节约投资,利用电容充放电来实现特定桥臂的导通和关断,最终使限流电感串联进入放电回路达到限流目的。对所提限流器工作原理、控制模式、电气应力和工程设计进行详细研究和仿真验证,表明所提出拓扑具备良好的工程应用前景。

摘要：直流电网中,采用高压直流断路器切除故障线路能够有效清除直流故障,但现有的直流断路器投资成本高,系统正常运行时电力电子器件冗余。文中提出一种新型多端口直流断路器(multiport DC circuit breaker,MP-DCCB)拓扑,采用单个主断路器保护多条直流线路,利用通流能力大的晶闸管作为主断路器和直流线路间的控制单元,有选择性地切断故障线路。然后,设计了能够吸收限流电感能量的转移支路来降低避雷器需吸收的能量,并对MP-DCCB断路、耗能以及重合闸阶段控制方式及电气过程进行了理论解析,建立了等效数学模型,研究电压电流应力及经济特性与MP-DCCB关键参数的关系。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端双极直流电网进行仿真验证,MP-DCCB能够有效降低断路器投资成本,具备应用于柔性直流电网的工程价值。

摘要：柔性直流电网在直流侧故障后,故障线路隔离存在困难,使用限流器抑制过电流成为一种有效的辅助方法。该文提出基于单钳压子模块的限流器拓扑,通过柔性投入限流元件,可实现限流器的可靠投入,并且通过自旁路设计辅助降低断路器切断难度。对所提混合式限流器的工作原理、控制方式和电气应力进行研究,提出限流效果判断关键指标,并在4端直流电网中仿真验证。进一步分析认为,所提出故障限流器拓扑具备应用于柔性直流电网的工程价值。

摘要：直流故障的清除是目前直流电网研究的关键性问题。基于现有部分文献提出的故障回路接入电容的方法,该文提出一种降压钳位式直流断路器,利用预充电电容接入故障回路后的钳位和限流能力清除故障。分析所提方案的拓扑和原理,对方案进行重合闸和后备保护等配套设计,利用PSCAD/EMTDC仿真和硬件实验验证该文方案,并进行详细的经济性分析。相比其他方案,该方案最大的优势在于实现了故障隔离和故障耗能解耦,先快速隔离之后缓慢耗能。方案在快速性能上有着一定的优势,同时不需要使用避雷器,具备一定的工程价值。

摘要：直流故障限流器对柔性直流电网的安全稳定运行具有重要意义。该文提出一种通态损耗低、主限流电路采用晶闸管器件、可在直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)断路时将限流电感快速旁路的混合式直流限流器拓扑。分阶段对新型拓扑的限流过程进行理论解析,分析电压应力、限流时间与限流器参数的关系,给出限流器参数设计方法。提出在断路时限流电感快速旁路方法,并对由此减少的DCCB耗能进行理论计算。分别在单端换流站和直流电网中验证所提出限流器动态特性分段解析方法的正确性,同时仿真结果表明,所提出的限流器能有效限制直流故障电流的上升率,并可以大幅降低断路器切断过程中的能量耗散。