【摘要】：與傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流輸電系統(tǒng)相比,多端直流(Multi-terminal DC,MTDC)輸電系統(tǒng)具有投資經(jīng)濟(jì)性,供電可靠性和控制靈活性等優(yōu)點(diǎn),更是解決大規(guī)模新能源并網(wǎng),多個(gè)異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等問題的重要解決方案。然而,多端直流電網(wǎng)是一個(gè)基于電力電子元件的低慣性系統(tǒng),直流側(cè)故障后會(huì)產(chǎn)生上升速度極快,且幅值很大的放電電流,可能導(dǎo)致大量電力電子元件過電流損壞,甚至整個(gè)直流電網(wǎng)的閉鎖。此外,多端直流電網(wǎng)的故障暫態(tài)發(fā)展極快,即使在使用直流斷路器的情況下,也可能會(huì)因缺少超高速的繼電保護(hù)技術(shù)而無法實(shí)現(xiàn)故障選擇性隔離,從而無法保證系統(tǒng)非故障部分連續(xù)可靠運(yùn)行。因此,針對(duì)多端直流電網(wǎng)的故障機(jī)理和保護(hù)相關(guān)問題進(jìn)行研究具有重要的工程意義。針對(duì)目前多端直流電網(wǎng)所面臨的主要困難,本文分別從過電流的解析計(jì)算和抑制方法,故障傳播機(jī)理和操作過電壓分析,以及快速線路保護(hù)算法三個(gè)方面展開研究,主要研究工作如下:(1)根據(jù)直流側(cè)雙極短路故障的暫態(tài)特征,提出了一種基于“放電網(wǎng)孔”的多端直流電網(wǎng)短路電流通用計(jì)算方法,然后在此基礎(chǔ)上,提出了一種多端直流電網(wǎng)限流電感的全局最優(yōu)配置方案。該方案以系統(tǒng)配置總電感最小為優(yōu)化目標(biāo),并綜合考慮了直流斷路器可靠動(dòng)作、換流站防閉鎖和保護(hù)需求的約束條件,最后采用改進(jìn)教與學(xué)優(yōu)化算法來確定全局最優(yōu)解。本文所提方案能夠保證系統(tǒng)在故障穿越期間,非故障換流站和直流線路能夠連續(xù)可靠運(yùn)行,并且適用于不同的直流拓?fù)浜碗姼信渲玫攸c(diǎn)。(2)深入分析了對(duì)稱單極柔直電網(wǎng)直流側(cè)故障的暫態(tài)過程和電流演變規(guī)律,從而揭示了由直流故障所引起的操作過電壓機(jī)理,然后重點(diǎn)分析了故障電阻、換流站閉鎖和線路保護(hù)等因素對(duì)過電壓的影響。最后,對(duì)比分析了單、雙極短路故障的過電壓特點(diǎn),并給出了有效的避雷器配置方案。(3)分析了不同區(qū)域故障時(shí)直流線路電感終端的波阻抗時(shí)域特征,通過引入電壓增量型啟動(dòng)判據(jù),提出了一種基于波阻抗的多端直流電網(wǎng)快速線路保護(hù)算法。所提保護(hù)方案僅利用本地波阻抗值就能夠快速準(zhǔn)確地識(shí)別故障區(qū)間,滿足了保護(hù)速動(dòng)性需求,并且波阻抗判據(jù)從原理上消除了故障電阻的影響,極大提高了保護(hù)耐受電阻能力。(4)分析了多端直流電網(wǎng)發(fā)生正反向故障時(shí)的行波極性特征,以及直流線路電感終端所導(dǎo)致的方向判據(jù)振蕩問題,然后在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于行波暫態(tài)能量的快速方向差動(dòng)保護(hù)方案。所提方案不僅能夠快速可靠地識(shí)別故障區(qū)間,而且還設(shè)計(jì)了正反向故障加速環(huán)節(jié)來提高保護(hù)的動(dòng)作速度。仿真結(jié)果表明本文所提方案能夠適用于不同的故障場(chǎng)景,并且具有較強(qiáng)的耐受過渡電阻和抗干擾能力。(5)針對(duì)極端過流故障或保護(hù)動(dòng)作延時(shí)所導(dǎo)致的直流斷路器開斷容量不足,提出了一種新型MTDC電網(wǎng)故障電流主動(dòng)控制方法。該方法僅需要在子模塊出口配置一個(gè)并聯(lián)晶閘管以及橋臂阻尼模塊,就能夠有效減小換流站的饋入電流。文中詳細(xì)闡述了主動(dòng)限流控制的工作原理,以及與直流斷路器配合的具體方案,還給出了阻尼模塊的參數(shù)選擇方法。與傳統(tǒng)的DTSS相比,本文提出方法能夠有效減小故障的影響范圍,并極大提高了系統(tǒng)恢復(fù)速度。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM721.1
【圖文】：

ＭＭＣ在正常運(yùn)行時(shí)需保證每一相投入的子模塊個(gè)數(shù)相等，并保持直流側(cè)電逡逑不變，因此滿足：逡逑ＵＰＪ邋＋Ｕｎｊ邋＝ＵＪｃ邐（２－Ｄ逡逑假設(shè)每一相投入的ｆ模塊個(gè)數(shù)為那么每個(gè)子模塊的輸出電壓叱近似等逡逑：逡逑ｕｃ邋＝ＵｄＪＮ邐（２－２）逡逑ＳＭ的輸出電壓通過控制ＩＧＢＴ的通斷來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)丨ＧＢＴ的觸發(fā)狀態(tài)和電逡逑方向，ＳＭ可以分為圖２－２中所示的三種工作狀態(tài)。從圖中可以看出：當(dāng)Ｔｉ逡逑發(fā)，Ｔ２關(guān)斷時(shí)，根據(jù)電流方向的不同，ＳＭ將分別處于充電和放電狀態(tài)，此時(shí)逡逑的輸出電容電壓ｗｃ、，將該工作狀態(tài)定義為投入狀態(tài)；當(dāng)Ｔｉ關(guān)斷，�。灿|發(fā)時(shí)，逡逑流將從Ｔ２或Ｄ２流過，此時(shí)ＳＭ的輸出電壓為零，該狀態(tài)定義為切除狀態(tài)；當(dāng)逡逑和乃同時(shí)關(guān)斷，ＳＭ將根據(jù)電流方向的不同分別處于充電或旁路狀態(tài)，此種逡逑作狀態(tài)為非正常運(yùn)行狀態(tài)，只有在ＭＭＣ啟動(dòng)向ＳＭ電容充電或故障后需要將逡逑Ｍ閉鎖時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，該工作狀態(tài)稱為閉鎖狀態(tài)。逡逑可以出，通過對(duì)個(gè)橋臂子模塊投切個(gè)數(shù)的控制，便可以保證在直流電壓逡逑

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑空線路的等效電阻和電感，其它參數(shù)意義與圖２－１中相同。逡逑ｉｄｃ邐Ｌｕ邋ＫｉＪ逡逑噸—二■—斗邐斗」邐逡逑／邋ｐ￣ＳＭｉ邋｜邐／邋＾邐ＳＭｉ邋｜邐，邐ｐ邐ＳＭ邋丨邋｜邐“邐Ｉ逡逑ｆ邋ｐｌ邋ＳＭ２］邐ｉ邋ｂｊ邐ｓｍ２［邐ｆ邐ｂ｜邐ｓｍ２［邐ｉ逡逑ｉ邋ｒ＝｜邋ＳＭｎ邋１邐１邋Ｊ邐ＳＭｎ邋１邐１邐ｎ邐ＳＭｎ［邐！逡逑ｉａ邋ｉ邋？＾ａ，ｗ邐Ｉ邋Ｐ邐Ｉ邐？邐ｉ逡逑邐？邐—逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑邐ｐ￣ｉ邐ｒ邐Ｉ邐ｕｄｃ邐ｉ，逡逑；１邐＇Ｌ邐Ｉ逡逑Ｉ入ｃ｛［＿Ｄ§「ＴＪｉ邋ｐ邋ＳＭ｜邋Ｉ邋，邋１＝１邋ＳＭ，邋Ｉ邋，邋＾ＴｓｍＴＩ邐！逡逑ｉ切１瘦１^沐危殄義希蹂澹澹潁椋蟈澹椋觶紓椋停冢殄澹觶

本文編號(hào)：2803392