国产精品不卡在线,精品国产_亚洲人成在线高清,色亚洲一区,91激情网

模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter, MMC）自21世紀(jì)初問世以來，以其低損耗、波形質(zhì)量高、制造難度低和階躍電壓低等明顯優(yōu)勢在近年來獲得快速發(fā)展。預(yù)計其在新能源并網(wǎng)方面具有良好的應(yīng)用前景，有望成為未來構(gòu)建高壓直流（High Voltage Direct Current, HVDC）電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

其中，采用半橋子模塊（Half Bridge Sub Module, HBSM）的基于模塊化多電平變換器的高壓直流（MMC-HVDC）電網(wǎng)以其成本優(yōu)勢成為目前應(yīng)用的主流，如典型應(yīng)用案例張北示范工程。然而，這種子模塊拓?fù)湎碌膿Q流器不具備故障自清除能力，因此必須依靠其他保護設(shè)備——直流斷路器（DC Circuit Breakers, DCCB），切斷故障線路實現(xiàn)故障清除與恢復(fù)。

依據(jù)現(xiàn)有的HVDC電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要分為對稱單極接線與雙極接線兩種形式。其接地方式可分為交流側(cè)接地和直流側(cè)接地兩種類型。交流側(cè)接地包括聯(lián)接變壓器閥側(cè)經(jīng)星形連接電抗器串聯(lián)電阻接地，聯(lián)接變壓器中性點串電阻或大電抗接地，主要用于對稱單極系統(tǒng)；直流側(cè)接地包括中性點經(jīng)鉗位電容或電阻接地，主要用于雙極結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有相關(guān)文獻對不同接地方式下的故障機理進行了充分分析。但主要針對稱單極接線方式、單極對地故障（Pole-to-Ground Short Circuit Fault, PTGF）對系統(tǒng)性能做了多方面的分析。與單極接線方式系統(tǒng)不同，雙極HVDC電網(wǎng)，由于接線形式的差異，通常采用直流側(cè)中性點直接接地，或經(jīng)金屬回線接電阻或電抗接地。

相比單極電網(wǎng)，雙極電網(wǎng)可以提高可靠性并減少單極大地大負(fù)荷運行時對環(huán)境的影響，如張北工程即采用金屬回線接15Ω電阻接地。有關(guān)文獻充分分析論證了合適的接地方式在雙極MMC-HVDC電網(wǎng)中的重要作用，但多停留在機理分析階段，多關(guān)于金屬回線問題，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)接地阻抗、接地地點的具體設(shè)置的優(yōu)化方面鮮有涉及。因此分析接地位置對MMC-HVDC電網(wǎng)PTGF的影響，并對其規(guī)劃提出合理性建議具有重要的意義。

直流側(cè)短路故障打破了原有的系統(tǒng)能量平衡狀態(tài)，使得系統(tǒng)電容和電感之間存在大量的能量交換，并伴隨著電流和電壓的劇烈變化。因此，如果能夠從抑制元件或支路注入/吸收的電磁暫態(tài)能量出發(fā)，分析接地方式及參數(shù)對MMC-HVDC電網(wǎng)故障電流時空演化的規(guī)律，則更能把握問題的本質(zhì)。

為此，教育部光伏系統(tǒng)工程研究中心（合肥工業(yè)大學(xué)）的茆美琴教授團隊提出了暫態(tài)能量流（Transient Energy Flow, TEF）的分析指標(biāo)，并基于TEF分析了直流側(cè)PTGF條件下，接地方式對直流故障演化的影響。

相對于傳統(tǒng)的以故障電流為主的分析方法，TEF具有以下幾個優(yōu)點：①TEF可由暫態(tài)功率計算得到。因此，在對短路故障進行優(yōu)化分析時，相較于故障電流和電壓，TEF能夠從能量的角度統(tǒng)一、綜合地反映電壓和電流故障特征的時空分布演化。這樣，可以將不同因素對故障電流演化的影響采用統(tǒng)一的指標(biāo)來進行量化評價。②TEF是功率在一段時間內(nèi)的積分，反映了故障電流、電壓的持續(xù)作用產(chǎn)生的累積影響。這種累積影響在實際工程中一直被關(guān)注，例如在對斷路器進行設(shè)計時，不僅需要滿足故障電流峰值的要求，還要滿足所提供的總能量的要求。

圖1 四端MMC-HVDC電網(wǎng)

研究團隊針對半橋子模塊型的MMC-HVDC電網(wǎng)，詳細分析了變換器交流側(cè)注入、子模塊電容及相鄰線路三部分的TEF抑制率與抑制效率，并基于此形成對應(yīng)的TEF綜合目標(biāo)函數(shù)，以接地點及接地阻抗參數(shù)為優(yōu)化變量，同時考慮故障位置與中性線電抗的影響，從而構(gòu)建完整的優(yōu)化模型。

圖2 優(yōu)化結(jié)果對比

科研人員通過建立四端雙極MMC-HVDC電網(wǎng)PTGF的PSCAD/EMTDC模型，對所提出的模型的有效性進行了驗證，并得出如下結(jié)論：

1）基于暫態(tài)能量流抑制率和抑制效率的接地優(yōu)化計算表明，最優(yōu)接地配置與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在暫態(tài)能量流的抑制效果上，接地電感要優(yōu)于接地電阻，但與此同時接地電感會引起嚴(yán)重的健全極過電壓；接地位置位于功率接受端對故障電流的抑制效果要優(yōu)于接地位置位于功率輸送端時的限流效果。因此，綜合考量本研究的優(yōu)化結(jié)果為在換流站4采用30Ω電阻接地。

2）若同時考慮故障點位置的影響，并將中性線電抗增加為優(yōu)化對象，從TEF抑制效果上看，電抗越大越好，而受制于控制性能的要求，300mH中性線電抗被認(rèn)為是較好的選擇。

3）需要注意的是，本研究針對四端雙極MMC-HVDC電網(wǎng)的接地方式優(yōu)化結(jié)果，是綜合考慮接地點、接地電抗、接地電阻和中性線電抗，以及兼顧故障電流和健全極電壓兩個方面約束得到的優(yōu)化方案，對工程實際的接地設(shè)置具有一定的參考價值。如果相應(yīng)的條件改變或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及其他參數(shù)的改變，所得變量具體優(yōu)化值亦可能改變。但本研究提出的優(yōu)化建模方法具有通用性，只需根據(jù)故障線路的并聯(lián)數(shù)適當(dāng)修改目標(biāo)函數(shù)即可推廣至復(fù)雜MMC-HVDC電網(wǎng)接地方式的優(yōu)化。

本文編自2022年第3期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于暫態(tài)能量流的模塊化多電平高壓直流電網(wǎng)接地優(yōu)化配置”，作者為茆美琴、程德健 等。