基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统故障分析 被引量：9

1

作者 戴志辉 刘雪燕 +1 位作者 何永兴 苏怀波 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2019年第19期14-22,共9页

作为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的一种,钳位双子模块(Clamp DoubleSub-module, CDSM)型MMC 具有直流故障自清除能力。但基于CDSM-MMC 的光伏直流接入系统,在直流故障特性等方面与其他类型MMC 构成的直流系... 作为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的一种,钳位双子模块(Clamp DoubleSub-module, CDSM)型MMC 具有直流故障自清除能力。但基于CDSM-MMC 的光伏直流接入系统,在直流故障特性等方面与其他类型MMC 构成的直流系统存在较大差异。为此,首先分析了联接变压器不同接地方式下的电容放电回路,阐述了直流故障对交流侧的影响。其次,在CDSM 故障闭锁情况下,划分了MMC 换流器端单极接地和极间短路时的故障阶段,建立各阶段的等值模型并求解。阐述了DC/DC 换流器及光伏电源对极间短路故障回路的影响,并对DC/DC 换流器侧的暂态过程进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC 中建立基于CDSM-MMC的光伏直流接入系统模型,验证了分析结果的正确性。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 钳位双子模块 直流侧故障 故障阶段 光伏

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一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器 被引量：111

2

作者 向往 林卫星 +1 位作者 文劲宇 程时杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第29期5171-5179,共9页

针对常规半桥型模块化多电平换流器无法隔离直流故障电流的问题,提出一种新型的应用于模块化多电平换流器的自阻型子模块拓扑,并列出自阻型子模块的4种结构。这4种类型的自阻型子模块在隔离直流故障电流时,需要同时闭锁IGBT的触发脉冲... 针对常规半桥型模块化多电平换流器无法隔离直流故障电流的问题,提出一种新型的应用于模块化多电平换流器的自阻型子模块拓扑,并列出自阻型子模块的4种结构。这4种类型的自阻型子模块在隔离直流故障电流时,需要同时闭锁IGBT的触发脉冲。为了降低触发同时性的要求,进一步提出无需同时闭锁IGBT触发脉冲的2种增强自阻型子模块拓扑。模块化多电平换流器技术(modular multilevel converters,MMC)的全部子模块采用增强型子模块时所使用的电力电子器件较多,为了进一步减少MMC中电力电子器件的数量,提出一种由增强型子模块和常规半桥子模块构成的混合型MMC。PSCAD/EMTDC下的仿真研究表明,所提出的自阻型子模块、增强型子模块及混合型换流器能有效隔离直流故障。相比于常规半桥型MMC,该混合型MMC仅需提高25%的IGBT即可具备隔离直流故障电流的功能,因此具有良好的工业应用价值。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 全桥子模块 箝位双型子模块 新型子模块 隔离直流故障 混合型换流器

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采用不同子模块的MMC-HVDC阀损耗通用计算方法 被引量：36

3

作者 薛英林 徐政 +1 位作者 张哲任 刘高任 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期20-29,共10页

针对模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)提出了一种阀损耗通用计算方法,可统一分析现有子模块结构:半桥子模块、全桥子模块和箝位双子模块。首先基于系统运行参数和调制控制策略解析出各子模块元件的电流、电压时域变化波... 针对模块化多电平换流器型高压直流输电系统(MMC-HVDC)提出了一种阀损耗通用计算方法,可统一分析现有子模块结构:半桥子模块、全桥子模块和箝位双子模块。首先基于系统运行参数和调制控制策略解析出各子模块元件的电流、电压时域变化波形,然后利用厂商提供的特性曲线对半导体器件特性参数进行拟合,最后结合器件电流、电压波形和开断次数计算其损耗和结温。所提方法能够计及优化电容电压附加控制,且便于编程实现。基于所提方法开发了MMC-HVDC阀损耗通用分析程序,可快速计算各种工况下的换流器功率损耗分布和器件结温。通过算例计算验证了所提方法的有效性。算例结果表明:3种典型MMC拓扑中H-MMC损耗最少,C-MMC次之,F-MMC最差;环流抑制后个别运行工况下换流器损耗特性可能恶化;降低器件开关频率和提高电压调制比均可降低损耗;当器件开关频率低于某特定值(本算例为500 Hz)后,器件的通态损耗成为主导分量。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 阀损耗 半桥子模块 全桥子模块 箝位双子模块 换流器

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C-MMC直流故障穿越机理及改进拓扑方案 被引量：151

4

作者 薛英林 徐政 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第21期63-70,194,共8页

采用基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的模块化多电平换流器(modular multileve lconverter,MMC),是MMC-HVDC实现直流故障快速自清除的理想选择之一。首先研究箝位双子模块正常和闭锁工作模式;然后分析闭锁前后故障等值... 采用基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的模块化多电平换流器(modular multileve lconverter,MMC),是MMC-HVDC实现直流故障快速自清除的理想选择之一。首先研究箝位双子模块正常和闭锁工作模式;然后分析闭锁前后故障等值电路和故障电流特性,指出利用二极管阻断特性和模块电容所提供的足够大的反电势能够实现直流闭锁;最后,提出两点改进措施:1)桥臂由半桥子模块和箝位双子模块混合而成,降低了稳态运行损耗和半导体器件数量;2)在子模块内部箝位二极管处串联阻尼电阻,以加快闭锁期间能量耗散和降低电容电压增高幅值。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提出的改进拓扑结构方案的可行性和有效性。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 箝位双子模块 阻尼电阻 直流故障 故障穿越

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适用于架空线路输电的新型双极MMC-HVDC拓扑 被引量：33

5

作者 薛英林 徐政 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期481-487,共7页

在充分借鉴传统直流输电工程结线方式的基础上,提出了一种适用于架空线路输电的新型双极模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统拓扑。该拓扑中换流器采用基于箝位双子模块的改进型模块化多电平换流器(MMC),接地极线从上下2个... 在充分借鉴传统直流输电工程结线方式的基础上,提出了一种适用于架空线路输电的新型双极模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统拓扑。该拓扑中换流器采用基于箝位双子模块的改进型模块化多电平换流器(MMC),接地极线从上下2个换流器串联构成的双极结构中间引出。重点分析了换流器在故障条件下的等值电路和直流闭锁机理,并设计了直流侧故障后的详细控制策略,并用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了该系统拓扑的有效性和可行性。结果表明:双极拓扑具有运行方式灵活、系统可靠性高等优点;由于二极管反向阻断和箝位作用,换流器在封锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)触发脉冲后数ms内就能实现直流闭锁,因此无需交流断路器动作,仅依靠换流器自身动作就能抑制短路电流;所设计的控制时序可有效处理直流侧的故障,并在暂时性故障下帮助系统迅速重启动,减少系统停运时间。 展开更多

关键词 架空线 接地极 多电平换流器 箝位双子模块 直流闭锁 直流故障控制和保护策略

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模块化多电平换流器子模块拓扑结构对比分析 被引量：13

6

作者 赵国亮 赵鹏豪 +2 位作者 赵成勇 许建中 李卫国 《华北电力大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第3期15-21,共7页

模块化多电平换流器型高压直流输电以其独特的技术优势,已成为未来电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC)领域的发展趋势。MMC是未来高压直流输电传输系统的重要组成部分,半桥型子模块、双箝位型子模块和全... 模块化多电平换流器型高压直流输电以其独特的技术优势,已成为未来电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC)领域的发展趋势。MMC是未来高压直流输电传输系统的重要组成部分,半桥型子模块、双箝位型子模块和全桥型子模块是MMC三种主要的可选择的子模块拓扑结构。分析了MMC的通用拓扑结构及三种常见子模块的拓扑结构和工作模式,得出了不同子模块结构的特点,最后通过仿真验证了不同子模块拓扑结构的直流故障穿越能力,并对比分析了采用不同子模块拓扑结构MMC的基本特性。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 半桥型子模块 双箝位型子模块 全桥型子模块 拓扑

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基于箝位双子模块的MMC-HVDC起动控制策略 被引量：29

7

作者 薛英林 徐政 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期1-7,共7页

分析了基于箝位双子模块的MMC-HVDC正常自励起动过程,将起动过程分为两个基本阶段,即不控充电阶段和可控充电阶段。利用电路原理方法化简了不控充电阶段的系统等值电路,推导了最大充电电流与限流电阻之间的关系,并指出在该阶段由于二极... 分析了基于箝位双子模块的MMC-HVDC正常自励起动过程,将起动过程分为两个基本阶段,即不控充电阶段和可控充电阶段。利用电路原理方法化简了不控充电阶段的系统等值电路,推导了最大充电电流与限流电阻之间的关系,并指出在该阶段由于二极管箝位作用电容无法充电至额定状态。设计了三种可控充电方法以对电容继续充电获取足够的能量,其中方法一利用直流电压控制器和调制均衡策略,而方法二和方法三则通过改变充电回路中等效内电势和等效电容实现电容完全充电。为充分发挥系统故障穿越能力,设计了直流侧暂时性和永久性故障后的系统自动再起动控制时序。在PSCAD/EMTDC中搭建两端有源的MMC-HVDC系统,仿真结果表明所提出的起动控制策略效果良好。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 箝位双子模块 限流电阻 电容充电 正常自励起动 自动再起动

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子模块故障下C-MMC型高压直流系统的保护设计和容错控制 被引量：12

8

作者 薛英林 徐政 +1 位作者 张哲任 刘高任 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期89-97,共9页

从子模块级、换流器级和系统级3个层次上设计了基于箝位双子模块(CDSM)的新型模块化多电平换流器(MMC)的冗余保护控制策略。提出了基于双晶闸管保护策略,其中一个晶闸管稳态长期导通来分担二极管电流以减少损耗,并分析了子模块的失效机... 从子模块级、换流器级和系统级3个层次上设计了基于箝位双子模块(CDSM)的新型模块化多电平换流器(MMC)的冗余保护控制策略。提出了基于双晶闸管保护策略,其中一个晶闸管稳态长期导通来分担二极管电流以减少损耗,并分析了子模块的失效机制。设计了改进型最近电平调制和电容电压平衡策略。该方法动态调节电容电压参考值,通过引入故障因子对电容电压测量值进行修正以防止故障元件参与投切。利用3次谐波注入调制、变压器分接头档位控制和有功无功调节等手段,优化提高动态备用子模块数目和增强系统不间断功率运行能力。在PSCAD/EMTDC中搭建每桥臂105个子模块的仿真模型,仿真结果表明:引入双晶闸管保护策略后,整流侧和逆变侧二极管总损耗分别下降9.8%和5.3%;即使36个模块电容切除后,系统仍可正常运行,且换流器桥臂环流的增量不超过额定值的5%。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 高压直流输电 箝位双子模块 子模块故障 容错 双晶闸管 动态备用 故障因子

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钳位双子模块型模块化多电平换流器交流侧故障对直流侧的影响分析 被引量：8

9

作者 戴志辉 朱惠君 +1 位作者 严思齐 苏怀波 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期3568-3577,共10页

具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器（clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC）适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分... 具有故障闭锁功能的钳位双子模块型模块化多电平换流器（clamp double submodule-modular multilevel converter,CDSM-MMC）适用于大容量输电工程,为防止交流侧故障后可能引起的直流保护误动,需分析交流侧故障对直流侧的影响。首先,分析交流侧发生短路故障后,CDSM-MMC子模块电容的充放电情况,以及桥臂电流回路。然后,根据基尔霍夫定律与叠加原理,分析交流侧故障后,直流侧电压及电流特征,并在PSCAD中进行仿真验证。交流故障后,直流侧电流随桥臂电容电压变化;两相短路后,直流电压基本不变;单相接地短路与两相接地短路后,直流电压包含交流分量,其频率与幅值受到交流中性点接地方式影响。最后针对CDSM-MMC直流侧保护,给出部分参考建议。 展开更多

关键词 钳位双子模块型模块化多电平换流器 交流故障 接地方式 故障分析 交互影响

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适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑 被引量：2

10

作者 张建坡 田新成 颜湘武 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期93-98,105,共7页

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问... 为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。 展开更多

关键词 钳位双子模块 双晶闸管子模块 模块化多电平换流器 双极混合 直流故障

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基于投旁通对策略的组合式C-MMC单元投退控制 被引量：1

11

作者 薛英林 赵峥 +1 位作者 葛风雷 张哲任 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期80-88,共9页

采用换流单元串并联的组合式基于箝位双子模块的模块化多电平换流器(C-MMC)是柔性直流系统实现高压大容量输电的有效途径。针对工程实际中如何完成换流单元在线投退的问题,首先将换流单元的投退过程分为并联类和串联类2种基本模式,讨论... 采用换流单元串并联的组合式基于箝位双子模块的模块化多电平换流器(C-MMC)是柔性直流系统实现高压大容量输电的有效途径。针对工程实际中如何完成换流单元在线投退的问题,首先将换流单元的投退过程分为并联类和串联类2种基本模式,讨论了投退过程存在的技术难点。其次,设计了旁路开关和隔离开关的配置方案以及箝位双子模块串接电阻的限流方案。然后,重点针对串联类单元投退,提出了一种基于投旁通对的控制策略。其核心思想是单元投退过程中以某一相桥臂为旁通对同时闭锁剩余两相桥臂,使得直流电流在换流单元和旁路开关间平稳转移;桥臂闭锁期间箝位二极管所串联的电阻有效抑制充电电流,减少模块电容电压的上升幅值。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的有效性。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 箝位双子模块 桥臂闭锁 阻尼电阻 控制

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具备阻断直流侧故障电流模块化的多电平换流器应用研究

12

作者 邱欣 夏向阳 +6 位作者 吕大全 孟科 蔡洁 汤赐 肖辉 易浩民 周云 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期148-155,共8页

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半... 针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)存在子模块数量较多、不具备阻断直流侧故障电流等问题,提出一种基于传统MMC拓扑结构的新型模块化多电平拓扑,其桥臂由2个子模块组串联构成,2个子模块组分别由半桥子模块和箝位双子模块串联组成,降低稳态运行损耗和元器件使用数量;阐述该新型拓扑的基本参数选取原则及上、下2组子模块的协调投切过程;针对新型MMC拓扑,采用相应的模型预测控制策略。最后,通过实验进行验证。研究结果表明:新型拓扑不仅具备阻断直流侧故障电流能力,而且在子模块数量相同时,输出电平数增多,交流电压输出波形更接近正弦波。 展开更多

关键词 模块化多电平换流器 半桥子模块 箝位双子模块 直流侧故障 模型预测控制

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基于钳位双子模块的MMC故障清除和重启能力分析 被引量：52

13

作者 丁云芝 苏建徽 周建 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期97-103,共7页

针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁... 针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程,从而达到无需交流断路器动作实现清除直流故障的目的。这种拓扑将半桥模块化MMC的调制方法和控制策略与可清除直流故障能力结合在一起,且具有结构简单、造价经济等特点。通过对半桥模块化MMC和钳位双子模块MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真,验证了基于钳位双子模块的MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果。 展开更多

关键词 高压直流 模块化多电平换流器 直流侧双极短路故障 钳位双子模块

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一种具备故障自清除能力的MMC新型双子模块拓扑研究 被引量：6

14

作者 孙银山 杨晓平 任军辉 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期115-119,共5页

在多端柔性直流电网中,直流故障快速隔离和清除能力是系统可靠安全运行的保障。直流故障清除能力是制约基于半桥模块MMC发展的关键问题。文中提出了一种新型二极管箝位双子模块拓扑结构,在两个单子模块串联的基础上,增加了一个IGBT和一... 在多端柔性直流电网中,直流故障快速隔离和清除能力是系统可靠安全运行的保障。直流故障清除能力是制约基于半桥模块MMC发展的关键问题。文中提出了一种新型二极管箝位双子模块拓扑结构,在两个单子模块串联的基础上,增加了一个IGBT和一个二极管,利用子模块电容电压迫使导通的二极管反向截止,从而有效抑制MMC的不控整流效应,快速切断故障电流通路,具备直流故障自消除能力,具有很好的经济性和应用价值。 展开更多

关键词 直流短路故障 故障穿越 模块化多电平换流器 二极管箝位双子模块 基于电压源换流器的高压直流输电

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