论文部分内容阅读
随着新能源发电、储能以及电力电子等技术的蓬勃发展和广泛应用，损耗率增加，供电可靠性受影响等问题也接踵而至。为了解决此类问题，容量大、线损小、质量高、隔离故障速度快和便于能源储能装置接入的直流配电技术成为当下的热点话题和解决方案。模块化多电平结构换流器（Modular Multivel Converter，MMC）改进了两/三电平换流器在制造难度、谐波特性、损耗程度、可靠性以及灵活性方面的表现，近些年在柔性直流配电领域逐渐被国内工程所接受。本文以MMC型直流配电网为研究对象，采用理论分析与仿真验证相结合的方法，对直流配电网的接地方式与故障定位开展研究。
首先，阐述了模块化多电平结构直流配电系统的发展历程，总结了MMC在该领域相较于两/三电平换流器的优势，阐述了本文研究方向的出发点。随后结合相关研究的困难点，对MMC型直流配电网的接地方式、过电压分析、故障定位的国内外研究现状进行了分析和总结。
其次，总结了直流配电系统四种可行可靠的系统拓扑结构及其在结构组成、故障特性、供电可靠性、故障恢复速度等方面的特点，依托计划项目中示范工程的要求，选定本文所论述系统的系统框架结构，随后着重阐述、分析了直流配电网主要组成元件（模块化多电平换流器、直流变压器、光伏、储能）的数学模型原理及相关控制方式。
之后，针对MMC型直流配电网提出了四种可行的接地方案，并从故障电流大小、故障恢复速度、系统稳定情况等角度分析了直流线路发生单极故障时，四种接地方式下的故障特性。随后结合直流配电网自身特点进行了保护区域划分，针对各保护区域的关键位置进行了典型故障的过电压分析，最终综合以上各方面表现选定适合本文所论述系统的优选接地方案。
接着，提出了一种基于行波测距的MMC型双端直流配电网故障定位方案。该方法通过经验模态分解法将所采集的故障电流信号分解为含有单一频率分量的不同固有模态分量，并利用信号分析算法将信号分量转换为时频谱，提取频率极大值点所在时刻得到行波到达两侧监测点的时间，联立行波测距公式实现故障的快速定位和测距。该方法具有良好的时频聚合能力与突变识别能力，不受过渡电阻影响，测距精度能满足线路全长保护的要求。
最后，针对行波测距法采样频率高、无法重复测量的问题，提出了一种基于附加模块的MMC型双端直流配电网故障定位方案。故障发生后，直流断路器会快速动作并切断故障电路，该方案通过配合延时开关将测距模块投入线路中形成流通回路，使测距模块中带初始电压的电容向故障点放电。随后提取并处理放电电流得到故障回路的特征参数，最后利用二阶放电回路的响应特性，联立线路表达式与回路表达式，消去未知量获取故障距离。
首先，阐述了模块化多电平结构直流配电系统的发展历程，总结了MMC在该领域相较于两/三电平换流器的优势，阐述了本文研究方向的出发点。随后结合相关研究的困难点，对MMC型直流配电网的接地方式、过电压分析、故障定位的国内外研究现状进行了分析和总结。
其次，总结了直流配电系统四种可行可靠的系统拓扑结构及其在结构组成、故障特性、供电可靠性、故障恢复速度等方面的特点，依托计划项目中示范工程的要求，选定本文所论述系统的系统框架结构，随后着重阐述、分析了直流配电网主要组成元件（模块化多电平换流器、直流变压器、光伏、储能）的数学模型原理及相关控制方式。
之后，针对MMC型直流配电网提出了四种可行的接地方案，并从故障电流大小、故障恢复速度、系统稳定情况等角度分析了直流线路发生单极故障时，四种接地方式下的故障特性。随后结合直流配电网自身特点进行了保护区域划分，针对各保护区域的关键位置进行了典型故障的过电压分析，最终综合以上各方面表现选定适合本文所论述系统的优选接地方案。
接着，提出了一种基于行波测距的MMC型双端直流配电网故障定位方案。该方法通过经验模态分解法将所采集的故障电流信号分解为含有单一频率分量的不同固有模态分量，并利用信号分析算法将信号分量转换为时频谱，提取频率极大值点所在时刻得到行波到达两侧监测点的时间，联立行波测距公式实现故障的快速定位和测距。该方法具有良好的时频聚合能力与突变识别能力，不受过渡电阻影响，测距精度能满足线路全长保护的要求。
最后，针对行波测距法采样频率高、无法重复测量的问题，提出了一种基于附加模块的MMC型双端直流配电网故障定位方案。故障发生后，直流断路器会快速动作并切断故障电路，该方案通过配合延时开关将测距模块投入线路中形成流通回路，使测距模块中带初始电压的电容向故障点放电。随后提取并处理放电电流得到故障回路的特征参数，最后利用二阶放电回路的响应特性，联立线路表达式与回路表达式，消去未知量获取故障距离。