基于MMC的高压直流输电系统保护方法研究

摘要

随着人们对电能需求的增加，越来越多的MMC-HVDC工程开始投工建设，而其直流侧故障却严重制约着其应用，因此有必要深入研究MMC-HVDC直流侧故障特性及保护方法。
　　本文首先根据MMC-HVDC的运行原理、调制方式搭建了基于PSCAD/EMTDC的11电平MMC-HVDC模型，实现了子模块电容电压均衡控制和运行控制。在此基础上分析了MMC-HVDC系统直流侧单、双极短路故障特性和短路电流流动路径，以及单极接地故障时MMC控制系统的影响，推导了直流侧双极短路和单极接地故障下的直流侧短路电流公式并进行了仿真验证。
　　分析了双晶闸管法在MMC-HVDC直流侧故障清除中的作用原理，提出了并联阻容吸收装置的措施，以弥补其中晶闸管因承受高正向电压变化率而易误导通的缺陷;提出了通过加装一组反并联的IGBT和二极管防止闭锁后续流二极管因过流而损坏的方案;提出了基于上述改进双晶闸管法的MMC-HVDC直流侧故障清除及恢复方案，然后通过仿真验证了方案的有效性。
　　分别提出了适用于环型、星型多端MMC-HVDC拓扑直流侧短路故障的保护方法:针对环型多端MMC-HVDC拓扑，在“握手法”保护方案的基础上结合改进双晶闸管法，依靠闭锁换流器、投入附加电阻和反并联晶闸管的方式快速清除短路电流;针对星型多端MMC-HVDC拓扑，采用基于双曲正切函数相位特性的故障定位法解决星型拓扑无法通过判断相应直流线路是否带电来启动重合闸措施的问题。最后通过仿真验证了上述保护方法的有效性。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 柔性直流输电系统直流侧故障特性及保护方法研究现状

1．2．2 多端柔性直流输电系统直流侧故障保护方法研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 MMC-HVDC系统直流侧短路特性研究

2．1 引言

2．2．1 MMC-HVDC系统拓扑

2．2．2 MMC的调制方式

2．2．3 MMC的运行控制策略

2．2．4 MMC的子模块电容电压均衡控制策略

2．3．1 双极短路故障通路分析

2．3．2 双极短路故障电流分析

2．4 MMC-HVDC系统的直流侧单极接地故障分析

2．4．1 单极接地故障通路分析

2．4．2 控制系统对单极接地故障的影响分析

2．4．3 单极接地故障电流分析

2．5 仿真结果

2．5．1 PSCAD／EMTDC仿真模型

2．5．2 MMC-HVDC系统稳态运行仿真结果

2．5．3 MMC-HVDC系统直流侧双极短路故障仿真结果

2．5．4 MMC-HVDC系统直流侧单极接地故障仿真结果

2．6 本章小结

第3章 双端MMC-HVDC系统直流侧故障保护方法研究

3．1 引言

3．2 MMC-HVDC系统换流器闭锁后的短路特性分析

3．2．1 双极短路故障换流器闭锁后的短路特性分析

3．2．2 单极接地故障换流器闭锁后的短路特性分析

3．3 双晶闸管法原理及其改进方案

3．3．1 双晶闸管法原理

3．3．2 双晶闸管法的改进方案研究

3．3．3 基于改进双晶闸管法的直流故障清除及恢复策略

3．3．4 改进拓扑元件选值问题

3．4 仿真验证

3．4．1 瞬时性故障

3．4．2 永久性故障

3．4．3 晶闸管S2承受正向电压变化率仿真

3．5 本章小结

第4章 多端MMC-HVDC系统直流侧故障保护方法研究

4．1 引言

4．2 “握手法”基本思想

4．3 基于改进双晶闸管法的“握手法”直流故障保护方案

4．3．1 保护方案

4．3．2 仿真算例

4．4 基于双曲正切函数相位特性定位的直流故障保护方案

4．4．1 基于双曲正切函数相位特性的故障定位原理

4．4．2 保护方案

4．4．3 仿真算例

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢