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中国电科院李英彪等：MMC闭锁退出运行时直流侧过电压分析

发布时间:2019-04-12

该文受国家电网公司科技项目“张北柔性直流工程运行特性及控制策略研究”资助。

作者：李英彪¹，訾鹏²，赵悦彤³，王姗姗¹，赵兵¹

单位：1. 中国电力科学研究院有限公司；2. 国家电网有限公司华北电力调控分中心；3. 山东大学电气工程学院

文章导读

柔性直流输电技术（VSC-HVDC）已经成为了世界各国实现新能源并网和功率传输的重要技术手段，但是故障造成的直流过电压会对线路绝缘和换流器造成不可逆的损害。本文基于PSCAD/EMTDC平台，研究了配备直流断路器的多端柔性直流输电系统送端和受端换流站因故障闭锁后的直流过电压发展过程，并对闭锁故障引起的过电压机理进行了深入分析。

文章亮点

1. 按照工程现有的控制保护时序，分别对送端换流站和受端换流站的闭锁故障进行了仿真分析，分时段刻画了换流站的等效电路，并对过电压的发展过程进行了详细的描述。

2. 基于不同阶段的等效电路结构，分别从模块化多电平换流器子模块拓扑结构和仿真工具中断路器模型两方面，对闭锁故障引起的直流过电压机理进行深入分析。

文章摘要

模块化多电平换流器是柔性直流输电技术中的重要组成部分，柔性直流电网中直流过电压对整个系统的危害很大，因此对换流器闭锁退出运行后出现过电压进行仿真和机理分析。分析了换流器中子模块的六种工作状态和MMC的等效模型，根据换流站类型分为送端和受端换流站两种情况，基于PSCAD/EMTDC平台仿真换流器因故障闭锁后直流电压的变化情况，并根据等效电路分析换流站端口直流电压的动态发展过程和机理。由仿真结果发现，PSCAD/EMTDC仿真软件具有一定的缺陷，不能真实地反映断路器的断开，会产生虚拟过电压，并进一步分析了换流站闭锁后电压的变化趋势和产生原因。

送端换流站闭锁故障后的直流过电压仿真曲线如图1所示，其故障过程可以分为3个阶段。

⬆ 图1 送端换流站闭锁后直流电压

闭锁故障发生到直流断路器动作前阶段分析。此时换流站通过子模块的二极管续流，换流站进入不控整流阶段，等效电路如图2所示。

⬆ 图2 直流断路器动作前等效电路

交流断路器动作后阶段分析。交流断路器动作，换流站与直流线路和交流侧电源断开电气联系，交流电源不再向换流站内注入电流，此时换流站独立出来。理论上测量的直流电压应为换流站的开路电压，桥臂上没有电流流过。但在仿真软件中，无法实现真实的物理隔离，只能通过用阻值大的电阻来模拟二极管反向截止和IGBT的截止以及断路器的断开，该阶段等效电路如图3所示。

⬆ 图3 交流断路器动作后等效电路

受端换流站闭锁故障后的直流过电压如图4所示。分析方法与送端换流站闭锁故障的分析方法一致。

⬆ 图4 受端换流站闭锁后直流电压

本文引文信息

李英彪，訾鹏，赵悦彤，等. MMC闭锁退出运行时直流侧过电压分析[J]. 全球能源互联网，2019，2(2)：186-193.

LI Yingbiao, ZI Peng, ZHAO Yuetong, et al. Analysis of DC overvoltage caused by the blocking of MMC[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(2): 186-193(in Chinese).

研究团队

中国电力科学研究院电力系统研究所主要从事包括电力系统仿真与分析技术、电网安全稳定控制技术、电力系统规划、电力系统过电压及电磁暂态等方面的研究，在电力系统仿真建模和软件开发、电力系统仿真分析及系统调试等技术领域处于行业主导地位。

研究团队作为张北±500 kV柔直电网联合攻关团队的核心之一，主要负责柔直电网系统方案、控制保护策略、关键设备控制原理等内容的可行性和适应性研究，揭示柔直电网运行问题及内在机理，先后参与了多项直流输电工程的安全运行相关工作。研究小组目前有教授级高级工程师2名，高级工程师1名，博士研究生4名，硕士研究生5名。

作者简介