MMC-HVDC直流侧故障特性仿真分析.pdf

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1、Vo1．34No．7囝电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentJu1．2014MMC—HVDC直流侧故障特性仿真分析张建坡．赵成勇(华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京102206)摘要：由于拓扑和调制策略的不同．基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC．HVDC)系统在直流侧发生故障时呈现出与两电平电压源型直流输电(VSC．HVDC)系统不同的故障特性。在PSCAD／EMTDC中搭建的仿真模型基础上，首先分析了MMC．HVDC直流侧线路单极接地、断线和两极短路的故障特性及其对系统运行的影响：然后针对半桥型子模块结构不能够双向阻断故障电流

2、的问题，对子模块拓扑进行了重新设计，通过改变流经子模块电流方向．实现了桥臂电容双向充电．从而提供了续流二极管阻断电压；最后对直流侧两极短路故障进行了仿真分析，仿真结果表明，改进拓扑有效地抑制了直流侧故障电流，避免了交流断路器动作。．关键词：MMC．HVDC；直流故障：双向阻断；故障分析；高压直流输电；仿真中图分类号：TM721．1；TM46文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1006—6047．2014．07．0060引言流侧馈入故障电流．因此只能够依靠跳开交流断路器进行故障隔离，从而造成系统停运。为了实现电流基于模块化多电平换流器的高压直流输电阻断能力，文献[14]针对暂

3、时故障，采用了双晶闸管(MMC—HVDC)是一种以模块化拓扑、自关断器件和结构．从而在闭锁IGBT后．为交流侧和直流侧提供脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术由于换独立的短路电流路径．实现了直流电流的自然衰减．流器桥臂采用模块化拓扑．从而避免了开关器件的但是对于永久故障仍然需要跳开交流断路器进行故直接串联，对同一桥臂上器件开通、关断的一致性要障隔离。文献『15]采用了全桥拓扑结构．虽然实现了求大幅降低．同时具有输出电压电流谐波含量低、电电流的阻断能力．但存在器件过多问题。在文献『l6]平数量容易拓展、可向无源网络供电等诸多优点，因中．为降低全桥子模块中IGBT的数量且同时具有直此在新能源并

4、网、电网互联、电力交易、城市配网增容流闭锁能力．对子模块拓扑也做出了改进．提出了双及电能质量提高等方面都有着广阔的应用前景_l_引箝位子模块DCSM(DoubleClampSubModule)，但目前国内外对于MMC—HVDC的研究主要集中在结构上存在并联耦合．且闭锁IGBT后．上下桥臂于系统稳态控制和交流侧故障分析方面，文献『4．6]电容呈现出并联和串联不同充电状态侧重于研究了MMC的调制策略和电容电压均衡控针对上述问题．论文在分析直流侧3种故障特性制，文献『7-9]分析了MMC的环流问题以及控制方的基础上．针对传统半桥拓扑在直流侧故障时不能法，文献[1O．12]分析了在电网电压不平衡下

5、抑制负够闭锁直流电流问题．设计了一种改进拓扑．从而实序电流的控制策略，文献f131对直流侧两极短路故现直流故障电流的快速抑制功能．减少系统故障恢障时的直流电流变化进行了相应的理论分析和计复时间，提高系统故障穿越能力算。在实际运行中，直流线路发生各种故障是难免的，而如何处理直流线路故障一直是基于电压源换1MMC．HVDC电路模型流器型直流输电技术的一个难题1．1MMC—HVDC单端模型当直流侧发生故障时．往往伴随着过流和过压图1为MMC—HVDC中单侧系统等效电路图．以问题，而作为MMC．HVDC的基本构成单元中的子模a相为例，桥臂中的代表a相上下桥臂的桥臂电块，主要组成器件是IGBT，其耐

6、过压和过流能力不感，、分别为线路和变压器的等值电阻和电感如晶闸管，且价格相对昂贵．因此在故障时必须进行换流器直流侧的正负极母线相对于参考中性点O的合理的保护设计或选择不同运行方式实现系统的安电压分别为。和。直流侧正负极母线电压，直全运行。对于半桥拓扑子模块．在故障闭锁后由于反流母线间电压，上、下桥臂模块输出电压／z。-~Ua2和并联二极管的续流效应．不能够阻断交流系统向直阀侧交流电压／,有式(1)所示约束关系。收稿日期：2013—10—1l；修回日期：2014—05—231=0．5已—M基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013一Ua2=0．5十M⋯AA050105)=l

7、{ProjectsupportedbytheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(863Program)(2013AA050105)一d=第7期张建坡，等：MMC—HVDC直流侧故障特性仿真分析@l雷酉0＼—1—21．O01．021．041．061．O81．10t／s(a)a相桥臂电流1．01-21．41．61．82．O￡／S(b)正、负极直