一种新型拓扑故障限流器及其在直流电网中的应用研究

摘要

当前，基于模块化多电平变换器(MMC，Modular Multilevel Converter)的直流电网技术是接纳新能源的一种有效技术方案。由于柔性直流输电系统阻抗较小，直流故障发生后电流上升速度很快，会严重威胁系统中的相关电气设备，使用故障限流器成为一种重要的技术手段。在此背景下，论文依托张北直流电网科技示范工程，从故障限流器拓扑结构、与控制保护的协调配合以及配置方案等方面进行了深入研究，所做的研究工作及取得的主要成果如下:
　　1)提出了固态故障限流器的一种新型拓扑结构。对电阻型故障限流器和电感型故障限流器进行了理论分析和仿真对比，选定电阻型故障限流器，针对限流过程中电力电子器件承压高的问题进行优化，提出了一种可以有效降低限流电阻两端的电压，节约成本的新型拓扑故障限流器，并详细阐述了该限流器的拓扑结构、工作原理、控制模式及数学模型，且在张北直流输电仿真模型中验证了该电阻型固态限流器拓扑结构的有效性。
　　2)提出了故障限流器与MMC子模块过流保护、直流断路器开断的协调配合策略。基于过流保护和直流断路器的工作原理，分析了加装故障限流器对换流阀闭锁情况和断路器开断过程的影响;根据是否含有故障限流器，对直流电网的保护时序进行分析，提出了故障近端换流站和远端换流站的限流器、换流阀过流保护和直流断路器的协调配合策略，并通过仿真算例对比分析了加装限流器的直流电网的优势，验证了该策略的合理性。
　　3)推导了直流电网短路电流计算方法，提出了直流电网故障限流器的配置方案。针对张北双极直流电网系统，分析了双极短路故障情况下的暂态特性，推导了换流阀闭锁前的双极短路暂态电流的计算方法;综合分析限流效果和成本问题选定了故障限流器的安装位置，基于暂态电流计算方法在张北柔性直流输电仿真模型中开展了电阻型故障限流器的参数计算，并通过PSCAD/EMTDC仿真平台，验证了配置方案的有效性和精确性。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 不同类型故障限流器的限流原理与拓扑结构

1．2．2 直流电网中故障限流器与保护的配合策略

1．2．3 直流电网中故障限流器的配置

1．3 论文主要工作

2．1 引言

2．2 电阻、电感型故障限流器的对比分析

2．2．1 电阻型故障限流器仿真分析

2．2．2 电感型故障限流器仿真分析

2．2．3 仿真结果对比分析

2．3 新型拓扑结构

2．3．1 提出的拓扑结构与工作原理

2．3．2 控制模式与数学模型

2．3．3 仿真验证

2．4 本章小结

第3章 直流电网中故障限流器与保护的配合策略

3．1 引言

3．2 过流保护和直流断路器的工作原理

3．2．1 MMC子模块过流保护工作原理

3．2．2 直流断路器的工作原理

3．3 限流器与保护的协调配合方案

3．3．1 无故障限流器时保护的时序配合

3．3．2 安装故障限流器时保护的时序配合

3．4 仿真算例

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 双极短路故障等效电路分析

4．2．1 换流站等效电路模型

4．2．2 直流电网等效电路模型

4．3 双极短路故障电流计算方法

4．3．1 短路电流分析计算

4．3．2 仿真验证

4．4 电阻型故障限流器的配置

4．4．1 配置方案分析

4．4．2 仿真算例

4．5 本草小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢