基于半桥型MMC-HVDC的直流侧故障隔离方案研究

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1、国内图书分类号：TM712密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文基于半桥型MMC-HVDC的直流侧故障隔离方案研究年级二〇一五级姓名沈峰申请学位级别工学硕士专业电气工程指导老师王晓茹教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TM712U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisResearchonDCSideFaultClearSchemeforHalf-BridgeSubmoduleBasedMMC-HVDCGrade:2015

2、Candidate:ShenFengAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.WangXiaoruMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要模块化多电平变换器（ModularMultilevelConverter，MMC）凭借自身灵活可拓展的拓扑结构与相比于传统电压源性换流器（VoltageSourceConverter，VSC）具有更佳输出特性的优势，在柔性直流输电领域受到了广泛关注和应

3、用。随着电力电子技术的飞速发展，柔性直流输电技术也日新月异。从以前的低电平、低容量到现在的高电平、大容量，柔性直流输电系统对直流侧故障隔离的要求也越来越高。半桥子模块（Half-bridgeSubmodule，HB-SM）被广泛应用于基于模块化多电平变换器的直流输电系统（MMC-HVDC）中，但是这种子模块拓扑无法隔离直流侧故障，且在交流侧电流的馈入下，直流故障电流将长时间存在。本文首先对MMC-HVDC直流输电系统直流侧故障暂态特性进行了分析，通过故障时的等效电路求出了故障电流解析表达式。在分析故障机理的基础上总结了故障判据并

4、提供了相应的故障检测方法，在PSCAD/EMTFDC电磁暂态仿真平台上搭建了相应仿真模型验证了故障检测方法的有效性。鉴于已有的单晶闸管法（SingleThyristorSwitchScheme，STSS）和双晶闸管法（DualThyristorSwitchScheme，DTSS）分别存在整流器效应以及隔离速度慢，过流水平高的缺点，本文改进了冗余子模块拓扑，提出一种基于冗余子模块的MMCHVDC直流侧故障切除方法。通过将其应用于两端有源MMC-HVDC系统，解决了基于半桥型子模块的MMC-HVDC在直流短路故障后由于整流器效应导致

5、交流系统向短路点提供直流短路电流，造成短路点无法灭弧的问题；限制传统“双晶闸管法”下故障期间交流侧电流馈入换流器造成的换流器桥臂过流水平；大大加快直流侧故障电流衰减速度；对于非永久性直流侧故障不需要断开交流断路器，利于整个系统快速重启，提高了系统运行可靠性。在故障检测方法和冗余子模块法的基础上提出了MMC-HVDC直流侧故障保护流程与故障后系统重启时序。通过所提故障检测方法检测出故障后，应用冗余子模块法切除故障，在直流故障切除后，系统进入重启模式。最后通过仿真验证了整个流程的有效性。关键词：直流故障；双晶闸管法；模块化多电平换流

6、器；冗余子模块西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractTheModularMultilevelConverter(MMC)hasreceivedextensiveattentionandapplicationinthefieldofDCtransmissionbyvirtueofitsflexibleandexpandabletopologyandtheadvantageofbetteroutputcharacteristicscomparedtothetraditionalVoltageSourceConvert

7、er(VSC).Withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,flexibleDCtransmissiontechnologyisalsochangingwitheachpassingday.Fromthepreviouslow-level,low-capacitytohigh-level,high-capacity,theflexibleDCtransmissionsystemareputtingforwardevenhigherrequirementontheDC-s

8、idefaultisolationspeed.Thehalf-bridgesubmodule(HB-SM)topologyiswidelyusedinmodularmulti-levelconverterbasedHVDCs(MMC-HVDC),butthiss