摘要：对柔性直流电网故障后的暂态电压和电流特征进行准确分析是设计新型故障保护方案的理论基础,现有利用首行波的故障特征分析方法未能有效反映故障点对故障行波多次折射和反射的影响,在近端故障时将产生较大的误差。利用建立的柔性直流电网故障后的等值电路图,求解得到不同位置故障点的初始故障电压、不同位置的折射和反射系数、以及故障点线模-地模耦合转化系数。提出了一种考虑行波多次折射和反射之后故障点等效故障电压的计算方法,并联合求解得到的系统中各位置故障电压和电流的传递函数,得到故障后暂态电压和电流的数值表达式。在PSCAD/EMTDC搭建环状四端柔性直流电网仿真模型模拟故障,通过仿真与理论计算的对比结果验证理论推导的正确性。

摘要：随着高压领域模块化多电平换流器(MMC)型的柔性直流电网大规模建设应用,若直流侧出现短路故障,短路电流在故障初期呈现上升速率快、峰值大等特点,限制了柔性直流电网的进一步发展。为了对短路故障情况下的直流侧电流值进行定量评估,本文从MMC型柔性直流电网固有特性的角度,建立了故障节点处产生的电流响应初始阶段量化评价指标,指导柔性直流电网的规划与运行。首先,提出了一种以MMC输入输出特性为基础的故障电流求解方法,为后续的短路电流量化评价奠定基础。其次,解耦分析柔性直流电网间的短路电流,并从系统固有特性的角度建立了短路电流初始阶段的量化评价指标。最后,在配置特征和架构组成存在差异的各类柔性直流电网上,对所提出的解耦短路电流求解方法和定量指标进行验证。结果表明,所提出的指标能够在不计算短路电流的情况下量化评价柔性直流电网的短路电流,并为柔性直流电网的网络结构设计、运行模式以及参数选择提供技术支持。

摘要：柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、输送和并网的有效手段。针对基于混合型MMC的直流故障电流阻断方案会引起功率传输中断的问题,本文提出了一种混合型MMC负压控制与超高速机械开关协调配合的故障电流阻断方法,该方法能够快速阻断故障电流并维持非故障线路的功率传输。通过分析故障电流组成及关键影响因素,确定了换流站的控制目标,基于全桥子模块的电压调节自由度,提出了利用混合型MMC输出负压主动吸收故障电流的控制策略,并设计了其与超高速机械开关的协调配合方案,实现故障的可靠隔离。最后,基于RTLAB实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,仿真结果表明,本文提出的方法可快速阻断直流故障电流,缩短直流电网功率恢复时间,提高系统安全稳定性。

摘要：随着柔性直流电网技术的快速发展,机械式高压直流断路器作为电网安全稳定运行的关键设备,其过电压保护策略的研究具有重要意义。本文深入研究了柔性直流电网中机械式高压直流断路器的过电压保护策略,提出了基于动态电阻控制的保护方案,分析了机械式高压直流断路器的工作原理及其在柔性直流电网中的应用现状。在此基础上,本文提出了一种基于动态电阻控制的过电压保护策略,该策略通过动态调整断路器的电阻参数,实现了对过电压的有效抑制。本文不仅为柔性直流电网的安全运行提供了重要保障,也为机械式高压直流断路器的优化设计提供了理论支持。

摘要：针对大功率柔性直流电网在不同工况下功率协调控制和直流电压稳定问题,提出一种基于微分平坦控制(differential flatness control,DFC)理论的柔性直流电网系统级控制策略。在分析柔性直流电网具有微分平坦性的基础上,引入功率裕度和直流电压偏差双影响因子,设计了基于DFC的改进自适应下垂控制器,用于提高系统的稳定性、动态响应能力和抗干扰能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建张北柔性直流电网模型,验证了所提控制策略的有效性。

摘要：直流断路器是解决柔性直流电网直流侧故障处理难题的有效手段,而混合式直流断路器是目前最为成熟的直流断路器技术路线之一。柔性直流电网直流侧故障发展速度快且过程复杂,研究该场景下混合式直流断路器的暂态电流特性对于断路器设计研制有着重要参考价值。在考虑短路故障后柔性直流电网真实控制保护逻辑和交、直流断路器动作时序的情况下,分析了直流断路器暂态电流流通路径的时变特性,推导了暂态电流各发展阶段的表达式,给出了断路器各支路暂态电流应力典型波形及柔性直流电网主回路参数对其影响规律,为直流断路器中绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件的选型和并联数设计提供了依据。同时,针对直流断路器主支路暂态电流应力严酷且尚无有效改善方法的问题,提出了一种基于换流站内阻尼电阻的直流断路器暂态电流抑制方法。电磁暂态仿真结果表明,所提出的方法可有效抑制故障下的直流断路器主支路暂态电流。

摘要：混合式直流断路器(HCB)是柔性直流电网直流侧故障隔离的优选方案,但是HCB高成本限制了其大规模应用的可行性,此外架空线路较高的故障概率要求HCB具备自适应重合闸功能。为此,提出了一种适用于柔性直流电网的新型多端口HCB,分别给出了其在故障隔离和自适应重合闸阶段的控制策略,详细分析了其工作原理和内部动态过程并推导了关键参数的设计方法。不同工况下的电磁暂态仿真和物理实验结果表明,该直流断路器能够通过多条直流线路共用昂贵的主断开关大幅降低制造成本,通过旁路故障线路及其上的限流电抗器降低避雷器的耗能时间和容量需求,并且具备控制简单、易于实现的自适应重合闸功能。

摘要：针对柔性直流电网线路保护区内远端高阻故障拒动、雷击干扰误动的问题,提出一种基于反射系数和模型匹配的单端量线路保护。首先,根据电压行波反射系数构成方向判据,避免反方向故障或雷击下保护误动;其次,利用电压行波传递函数解析区内短路故障,以及正方向区外故障或正方向雷击下保护处故障电压首行波满足的函数模型,根据故障首行波与基准函数模型之间匹配程度的不同,设计了一种基于模型匹配的识别判据;然后,结合启动判据和选极判据形成完整的单端量线路保护方案;最后,PSCAD仿真结果验证了所提保护方案可靠性高,能耐受500Ω过渡电阻和20 dB噪声。

摘要：针对柔性直流电网线路纵联保护难以同时适应线路边界存在和不存在情况的问题,提出一种基于电压行波折射系数的柔性直流电网线路纵联保护。通过分析线路的1模波阻抗得到较为精确的故障分量1模电压行波。利用Peterson等效电路定量分析正方向故障时的电压行波折射系数,通过定性分析得到反方向故障下的电压行波折射系数,根据电压行波折射系数的差异构造故障识别判据。在此基础上,设计启动判据和选极判据,与故障识别判据一起形成完整的柔性直流电网线路纵联保护。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证。结果表明,所提纵联保护可实现全线速动,能够耐受500Ω的过渡电阻和20dB的噪声,且对采样频率和数据同步要求低,工程适用性较强。

摘要：高压直流电缆是跨海长距离输电和新能源并网的重要装备,高电压等级、高通流能力的直流电缆还处于研发阶段。为推进高压直流电缆研发,考验长期运行性能,依托国内某±500 kV柔性直流电网工程建立了直流电缆综合试验站。该柔性直流工程线路主要采用架空线,试验站位于其中一个换流站单极出线处,采用直流电缆与架空线路并联运行方式,其运行控制和保护配合复杂、可靠性要求极高,尚无工程经验可循。针对500 kV级直流电缆试验段与架空线路并联切换运行的接线方式,提出了试验站直流电缆监视和投入退出控制策略、故障保护策略以及过负荷运行控制保护策略。仿真试验结果证明,所提策略可保证直流电缆接入柔性直流电网后可靠运行。