Fault Current Suppression Strategy for High-voltage DC Based on Current Source Converter with Enhanced Fundamental Frequency Modulation

FENG Dingteng; XIONG Xiaoling; YAO Chenhao; ZHOU Zihan; WANG Shengwei; ZHAO Chengyong

doi:10.7500/AEPS20250224001

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Fault Current Suppression Strategy for High-voltage DC Based on Current Source Converter with Enhanced Fundamental Frequency Modulation

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Fault Current Suppression Strategy for High-voltage DC Based on Current Source Converter with Enhanced Fundamental Frequency Modulation
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 1, Pages: 157-167(2026)
- 作者机构：
  
  新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the Joint Funds of National Natural Science Foundation of China(U23B20119)
- DOI：10.7500/AEPS20250224001
  CLC：
- Received：24 February 2025，
  
  Revised：2025-05-28，
  
  Online First：18 July 2025，
  
  Published：10 January 2026
- 稿件说明：
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冯定腾,熊小玲,姚辰昊等.基于改进基频调制电流源换流器的HVDC故障电流抑制策略[J].电力系统自动化,2026,50(1):157-167.

FENG Dingteng,XIONG Xiaoling,YAO Chenhao,et al.Fault Current Suppression Strategy for High-voltage DC Based on Current Source Converter with Enhanced Fundamental Frequency Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):157-167.
冯定腾,熊小玲,姚辰昊等.基于改进基频调制电流源换流器的HVDC故障电流抑制策略[J].电力系统自动化,2026,50(1):157-167. DOI： 10.7500/AEPS20250224001.

FENG Dingteng,XIONG Xiaoling,YAO Chenhao,et al.Fault Current Suppression Strategy for High-voltage DC Based on Current Source Converter with Enhanced Fundamental Frequency Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):157-167. DOI： 10.7500/AEPS20250224001.

摘要

改进基频调制电流源换流器(EFFM-CSC)作为基于全控型集成门极换流晶闸管(IGCT)器件的电流源换流器，具有拓扑结构简单、体积重量小、谐波特性好和有功/无功功率灵活可调的优点，受到了广泛关注。然而，基于EFFM-CSC的高压直流(HVDC)系统同样面临直流线路短路这一严重故障，目前尚缺乏系统性的定量分析和研究。因此，针对EFFM-CSC换流站拓扑以及短路瞬间开关状态，建立了复频域下的运算电路模型。然后

根据储能等效原则得到等效RLC参数，构建直流短路时EFFM-CSC的故障等值模型，推导出直流故障电流解析计算公式，并讨论了系统参数和故障时刻对故障电流的影响。根据EFFM-CSC直流短路故障特性，提出了一种故障识别判据和故障电流抑制策略，并对抑制策略的控制参数进行整定。最后，基于仿真分析验证了所提故障电流计算方法和故障抑制策略的正确性。

Abstract

The current source converter with enhanced fundamental frequency modulation (EFFM-CSC)

which utilizes fully controllable integrated gate-commutated thyristor (IGCT) devices

has garnered widespread attention. Its advantages include simple topology

compact size and low weight

favorable harmonic characteristics

and flexible adjustment of active/reactive power. However

high-voltage direct current (HVDC) systems based on EFFM-CSC also face the severe fault of DC line short-circuits

and there is currently a lack of systematic quantitative analysis and research. Therefore

a computational circuit model in the complex frequency domain is established based on the topology of the EFFM-CSC converter station and the switching states at the short-circuit instant. Subsequently

the equivalent RLC parameters are derived according to the energy storage equivalence principle

and a fault equivalent model of the EFFM-CSC under DC short-circuit conditions is constructed. An analytical calculation formula for the DC fault current is derived

and the effects of system parameters and fault timing on the fault current are discussed. Based on the DC short-circuit fault characteristics of EFFM-CSC

a fault identification criterion and a fault current suppression strategy are proposed

and the control parameters of the suppression strategy are tuned. Finally

the correctness of the proposed fault current calculation method and fault suppression strategy is verified through simulation analysis.

关键词

Keywords

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