【《基于MMC的真双极系统直流线路接地故障特性分析概述》2000字】

基于MMC的真双极系统直流线路接地故障特性分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u20510基于MMC的真双极系统直流线路接地故障特性分析概述 1289611.1.子模块闭锁前等值电路及故障电流计算式 1279061.2.子模块闭锁后前期等值电路及故障电流计算式 5MMC-HVDC的直流线路故障可分为三种，分别为单极接地故障、断线故障和正负极间短路故障。伪双极系统的单极接地故障类似于基于VSC的高压直流输电系统的故障特性，这里不再详细说明；其而正负极间短路故障与真双极系统的直流单极接地故障类似，再加上MMC-HVDC一般采用真双极接线方式，且对于真双极系统，单极故障和双极故障特性是类似的，因此本文重点分析真双极系统的直流单极接地故障。子模块闭锁前等值电路及故障电流计算式图3-1为故障发生初期，子模块还未闭锁时的等值电路。除交流电源要向故障点馈流外，此时，处于投入状态的子模块，其直流侧电容也相当于一个电源向故障点放电。因而，直流线路上的故障电流为交流电源馈流和直流电容放电电流的叠加。由叠加定理可知，在分析直流侧电容放电电流时，把交流电源置零处理，显然电容放电路径为各相单元独立向故障点放电，如图3-2(a)为A相相单元向故障点提供故障电流的路径。分析交流电源馈流时，把电容置零处理，这时可以直观地发现交流电源馈流路径为各相上桥臂与其他相下桥臂构成的回路，相当于3个普通的三相交流电路，图3-2(b)即为当A相电压最大时的一个三相交流电路。其中子模块电容向故障点提供的电流占主导地位，因此，本文在推导时只考虑子模块放电电流。考虑到桥臂电阻的影响，三相共同作用下的等值电路图可用图3-3(a)表示，其中、分别为桥臂电抗和桥臂等值电阻；和表示直流线路的电阻和电感；为子模块中的电容；为正常运行时每个相单元导通的子模块总数目，在不思量MMC有赘余子模块时也即每个相单元各桥臂所拥有的子模块数量。在此期间，由于换流站没有闭锁，仍按正常运行时的状态对子模块进行投切，所以任何时刻每个相单元都有个子模块处于投入状态，即任何时刻每个相单元都有两组子模块数都为N的支路交替向故障点放电，其放电过程可等值为图3-3(b)所示的电路图。且由于子模块电容的控制方式为电压平衡控制，因而图中每相交替导通的2组电容放电组合，均是以向故障点放电，直至放电结束，另一组电容放电组合接替其放电，周而复始，持续放电。这样就使得实际的MMC子模块电容放电电流比图3-3(a)所提供的故障电流要大，当然，此放电过程所提供的故障电流比起交替放电的两组子模块并联起来共同向故障点放电的电流要小，后者是该阶段内最为严重的情况，其电路图可等效为图3-3(c)。但考虑最严重的情况，该过程的分析用每组为N个子模块电容的两组子模块电容组并联放电来等效，将三相并联后最终得到图3-3(d)的等效电路图。图3-1故障发生前期子模块闭锁前等值电路(a)相单元放电路径(b)A相电压最大时其中一个交流电源馈流路径图3-2单极接地故障下子模块未闭锁时故障电流流通路径(a)子模块放电前(b)电容交替放电(c)每相交替放电的两组子模块(d)最严重放电过程电容并联放电的过程等值电路图图3-3单极接地故障下子模块未闭锁时的等值电路图由图3-3(d)，根据KVL可列出该阶段的方程： （3-1）式中：、、。实际中通常有，，所以该放电阶段是一个欠阻尼衰减振荡的过程，其特征方程的解是一对共轭复根： （3-2）式中：、。设故障发生的一刹那直流侧电压和直流电路电流分别为、，则图3-3(d)中三相支路并联后的等效大电容电压初始值可看为。则可得该阶段内电容电压以及直流线路故障电流瞬时值为： （3-3）式中：。子模块闭锁后前期等值电路及故障电流计算式在检测到子模块中电流迅速增大后，为了庇护换流站，换流站内所有子模块都将被闭锁，在此过程的前期，由于子模块全部闭锁，所以不再有电容放电现象，取而代之的是桥臂电抗的续流，且其将在桥臂电阻和直流电路电阻的作用下逐渐衰减，如图3-4所示。由于桥臂电抗的存在，续电流不可骤变，在其逐渐衰减至零的历程中，二极管一直处于导通状态，不对外体现单向导电性，所以交流电源的馈流如图3-5(a)所示，由等效电路图可得，三相电源和负载都对称因而为对称三相电路，所以阻抗为线路阻抗的中线不起作用，其上电流为0，也就是说，交流电源提供的故障电流不构成直流线路电流。该阶段内交流侧近似发生了三相短路，交流电源提供的电流中衰减的直流部分相比于桥臂电抗的续流可以忽略，这样一来可近似认为就为桥臂电抗的续流，以Leq/Req为时间常数呈指数的形式逐渐衰减为0，其等效电路如图3-5(b)所示。假设子模块闭锁后一瞬间：直流线路电流的初始值为；交流电压瞬时值为，即可得出： （3-4）式中：，，。由叠加定理可得，上下桥臂故障电流分别为： （3-5）图3-4子模块闭锁后前期等值电路图(a)子模块闭锁后前期交流电源馈流等值电路图(b)子模块闭锁后前期桥臂电抗续流等值电路图图3-5子模块闭锁后前期故障电流的两个来源续电流衰减至零后，续流二极管将对交流电源表现单向导电性，MMC