PDF《MMC - HVDC 输电线路双端非同步故障测距方法》

1 MMC - H V D C线路故障分析 MMC - HV D C系统一般由整流侧换流站、 逆变

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1 第4 2卷第1 6期2018年8月2 5日Vol.42N o .

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6 h t t p : / / ww w. a e p s - i n f o . c o m 侧换流站及直流输电线路组成.双极系统需要在交 流侧或直流侧设置接地点来保证直流母线正、 负电 压的对称性, 交流侧接地方式有采用星形电抗经电 阻接地或变压器中性点经电阻接地两种方式, 直流 侧接地方式有采用电阻或电容钳位接地两种方式. 本文主要对双极系统在交流侧采用星形电抗经电阻 接地方式下的直流侧故障进行测距研究, 其接地方 式见附录 A 图A1, A C为三相交流电源, La b c为三相 电感, C B

1 / C B

2 为交流断路器, T 为变压器, Ls 和Rg 分别为接地电感和接地电阻. MMC 结构由三相六桥臂组成, 每个桥臂上含 有n 个子模块( 冗余模块除外) , 其结构如图1所示. La 为三相桥臂串联电感, 正常工作时, MMC 每相 需要同时投入n 个子模块, 用来维持直流母线电压 Ud c的恒定. 图1 MMC结构 F i g .

1 T o p o l o g yo fMMC 子模块有投入和切除两种工作状态, 当控制 T

1 开通时, 子模块投入工作, 子模块电容放电, 输出电 容电压Uc;

当T1截止, 子模块电容被二极管 D

2 旁路, 其处于切除状态, 输出电压为零.子模块工作状 态见附录 A 图A2( 虚线表示电流由交流侧流向直 流侧, 点线为由直流侧流向交流侧) . 1.

1 单极接地短路故障 以单极正极接地短路为例, MMC - HV D C 系统 直流侧故障放电过程分为三个阶段: ①MMC 闭锁 前上桥臂子模块电容放电过程;

②MMC 闭锁后且 在交流断路器动作之前的不控整流放电过程;

③MMC闭锁后且在交流断路器动作之后( 简称跳 闸后) 的电感放电过程.闭锁前, MMC 1, MMC 2的 各相上桥臂的子模块电容通过接地短路点与交流侧 接地点形成放电回路, 子模块电容放电, 并对桥臂电 感和交流侧星型电抗充电, 桥臂电流增大, 导致子模 块反并二极管及绝缘栅双极型晶体管( I G B T) 承受 较大过电流[

1 8 ] ;

第①阶段由 MMC 控制系统反应时 间决定, 一般在微秒级即可完成.单端 MMC 电容 放电回路如图2所示, Rf 为过渡电阻. 图2 单端 MMC电容放电回路 F i g .

2 S i n g l e t e r m i n a lMMCc a p a c i t o rd i s c h a r g ec i r c u i t 第②阶段分为暂态和稳态两个放电过程.在暂 态放电过程, MMC子模块电容被旁路, 桥臂电感和 交流侧星形电抗通过子模块反并二极管释放能量, 桥臂电流衰减速度由交流侧星形电抗Ls、 接地电阻 Rg、 桥臂电感La 以及短路过渡电阻 Rf 共同决定, 衰减时间常数τ=( La+Ls) / [ 3( Rg+Rf) ] , 由τ 表 达式可知, 当放电回路等效电阻较小或等效电感较 大时, 时间常数τ 取值较大, 桥臂电流衰减较慢, 这 会导致清除故障所需的时间较长, 严重时会破坏交 流系统的暂态稳定性[

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2 0] ;

在稳态放电过程, T

2 反 并二极管 D

2 投入工作, 构成了三相半波不可控整 流电路, 交流系统向短路故障点注入短路电流, 直到 交流断路器动作后, 该过程才结束, 交流断路器动作 一般 需要耗时1~2 个工频周期, 时间较短.以A相交流电流通过二极管 D

2 导通为例, 电流通路 见附录 A 图A3( 红色虚线表示交流系统向故障点 注入电流的通路, 蓝色点线表示故障电流直流分量 的流通路径) . 在第③阶段, 桥臂电感和星形电抗通过二极管 D