MMC-HVDC换流变压器复杂性涌流产生机理及其影响分析

郑涛; 何瑞; 潘志远; 杨鑫慧

doi:10.7500/AEPS20220504006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

MMC-HVDC换流变压器复杂性涌流产生机理及其影响分析

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- MMC-HVDC换流变压器复杂性涌流产生机理及其影响分析
- Analysis on Generation Mechanism and Influence of Complex Inrush Current in MMC-HVDC Converter Transformer
- 电力系统自动化 2022年46卷第23期页码：102-108
- 作者机构：
  
  新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  郑涛(1975—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制。E-mail：zhengtao_sf@126.com
  何瑞(1997—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：heruirr@163.com
  潘志远(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：pzy7_ncepu@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金资助项目(U2166205)
- DOI：10.7500/AEPS20220504006
  中图分类号：
- 收稿：2022-05-04，
  
  修回：2022-07-24，
  
  网络出版：2022-09-17，
  
  纸质出版：2022-12-10
- 稿件说明：
移动端阅览
郑涛,何瑞,潘志远等.MMC-HVDC换流变压器复杂性涌流产生机理及其影响分析[J].电力系统自动化,2022,46(23):102-108.

ZHENG Tao,HE Rui,PAN Zhiyuan,et al.Analysis on Generation Mechanism and Influence of Complex Inrush Current in MMC-HVDC Converter Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):102-108.
郑涛,何瑞,潘志远等.MMC-HVDC换流变压器复杂性涌流产生机理及其影响分析[J].电力系统自动化,2022,46(23):102-108. DOI： 10.7500/AEPS20220504006.

ZHENG Tao,HE Rui,PAN Zhiyuan,et al.Analysis on Generation Mechanism and Influence of Complex Inrush Current in MMC-HVDC Converter Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):102-108. DOI： 10.7500/AEPS20220504006.

摘要

柔性直流输电系统中换流变压器阀侧发生单相接地故障后，工程中采取先跳阀侧断路器再跳网侧断路器的方式，在此过程将先后诱发故障性涌流及恢复性涌流(称为复杂性涌流)。文中从磁链变化的角度分析并推导了复杂性涌流的产生机理。当换流变压器阀侧发生单相接地故障后，阀侧直流分量持续流向换流变压器而导致铁芯饱和，产生故障性涌流；之后保护将跳开阀侧断路器，由于故障性涌流阶段的磁链积累，铁芯中含有大量剩磁并在阀侧断路器跳开后产生恢复性涌流，从而导致复杂性涌流现象。复杂性涌流中含有大量谐波，在一定条件下会通过交流线路传播放大并导致线路末端产生谐波过电压，文中对此进行了讨论并给出了一种复杂性涌流抑制方案。最后，参考实际柔性直流工程中的断路器配置，利用PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。

Abstract

After a single-phase grounding fault occurs on the valve side of the converter transformer in the flexible DC transmission system

the method of tripping the valve-side circuit breaker first and then the grid-side circuit breaker is adopted in engineering. In this process

the fault inrush current and the recovery inrush current (called complex inrush current) will be induced successively. The generation mechanism of complex inrush current is analyzed and deduced from the perspective of flux change. When a single-phase grounding fault occurs on the valve-side of the converter transformer

the DC component on the valve-side continuously flows to the converter transformer

resulting in the iron core saturation and fault inrush current. After that

the protection will trip the valve-side circuit breaker. Due to the flux accumulation in the fault inrush current phase

the iron core contains a large amount of residual magnetism and generates recovery inrush current after the valve-side circuit breaker trips

which leads to complex inrush current phenomena. The complex inrush current contains a lot of harmonics

which will propagate and be amplified through AC lines under certain conditions and lead to the harmonic over-voltage at the end of the line. This paper discusses this and gives a scheme to suppress the complex inrush current. Finally

referring to the configuration of circuit breakers in the actual flexible DC project

the correctness of the theoretical analysis is verified by PSCAD/EMTDC simulation.

关键词

Keywords

references

徐政，屠卿瑞，管敏渊 . 柔性直流输电系统［M］. 北京：机械工业出版社， 2013 .

XU Zheng ， TU Qingrui ， GUAN Minyuan . Flexible HVDC transmission system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2013 .

辛保安，郭铭群，王绍武，等 . 适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

XIN Baoan ， GUO Mingqun ， WANG Shaowu ， et al . Friendly HVDC transmission technologies for large-scale renewable energy and their engineering practice ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

樊强，赵西贝，赵成勇，等 . 模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

FAN Qiang ， ZHAO Xibei ， ZHAO Chengyong ， et al . Adaptive fault current limiting control strategy for modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 126 - 133 .

周光阳，李妍，何大瑞，等 . 含限流器的多端柔直系统故障保护策略［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1432 - 1443 .

ZHOU Guangyang ， LI Yan ， HE Darui ， et al . Protection scheme for VSC-MTDC system with fault current limiter ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 1432 - 1443 .

王浩翔，赵冬梅，陶然，等 . 基于分解的多目标进化算法的含MMC-HVDC交直流混合系统最优潮流研究［J］电工技术学报， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3691 - 3702 .

WANG Haoxiang ， ZHAO Dongmei ， TAO Ran ， et al . Study on optimal power flow for AC/DC hybrid system incorporating MMC-HVDC based on MOEA/D ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3691 - 3702 .

汤广福 . 基于电压源换流器的高压直流输电技术［M］. 北京：中国电力出版社， 2010 .

TANG Guangfu . High voltage direct current transmission technology based on voltage source converter ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2010 .

LI G ， LIANG J ， MA F ， et al . Analysis of single-phase-to-ground faults at the valve-side of HB-MMCs in bipolar HVDC systems ［C］// 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE 2017 ）， October 1-5 ， 2017 ， Cincinnati， USA ： 2659 - 2665 .

郭贤珊，周杨，梅念，等 . 张北柔性直流电网故障电流特性及抑制方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5438 - 5446 .

GUO Xianshan ， ZHOU Yang ， MEI Nian ， et al . Research on the fault current characteristic and suppression strategy of Zhangbei project ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5438 - 5446 .

LI G ， LIU W ， JOSEPH T ， et al . Double-thyristor-based protection for valve-side single-phase-to-ground faults in HB-MMC-based bipolar HVDC systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 7 ）： 5810 - 5815 .

周杨，贺之渊，庞辉，等 . 双极柔性直流输电系统站内接地故障保护策略［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4062 - 4069 .

ZHOU Yang ， HE Zhiyuan ， PANG Hui ， et al . Protection of converter grounding fault on MMC based bipolar HVDC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4062 - 4069 .

XUE S M ， GU C ， LIU B B ， et al . Analysis and protection scheme of station internal AC grounding faults in a bipolar MMC-HVDC system ［J］. IEEE Access ， 2020 （ 8 ）： 26536 - 26548 .

李振动，安海清，樊小伟，等 . 双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 77 - 83 .

LI Zhendong ， AN Haiqing ， FAN Xiaowei ， et al . Converter grounding fault characteristics and protection strategy in bipolar MMC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 77 - 83 .

郭贤珊，卢亚军，郭庆雷 . 张北柔性直流电网试验示范工程直流控制保护设计原则与验证［J］. 全球能源互联网， 2020 ， 3 （ 2 ）： 181 - 189 .

GUO Xianshan ， LU Yajun ， GUO Qinglei . Design principle and verification of control and protection system for Zhangbei VSC-HVDC grid demonstration project ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2020 ， 3 （ 2 ）： 181 - 189 .

游复生 . 恢复性涌流引起变压器差动保护误动分析［J］. 电力系统保护与控制， 2008 ， 36 （ 15 ）： 85 - 87 .

YOU Fusheng . Analysis of the maloperation of transformer differential protection caused by recovery inrush ［J］. Power System Protection and Control ， 2008 ， 36 （ 15 ）： 85 - 87 .

刘中平，陆于平，袁宇波 . 变压器外部故障切除后恢复性涌流的研究［J］. 电力系统自动化， 2005 ， 29 （ 8 ）： 41 - 44 .

LIU Zhongping ， LU Yuping ， YUAN Yubo . Study of transformer recovery inrush after clearance of external faults ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2005 ， 29 （ 8 ）： 41 - 44 .

郑涛，何瑞，刘校销，等 . MMC-HVDC系统故障性涌流的产生机理及影响［J/OL］. 电网技术［ 2022-02-23 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/10.13335.TP.20220223.1440.721.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.13335.TP.20220223.1440.721.html .

ZHENG Tao ， HE Rui ， LIU Xiaoxiao ， et al . Mechanism of fault-induced inrush current of MMC-HVDC and its influence ［J/OL］. Power System Technology ［ 2022-02-23 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/10.13335.TP.20220223.1440.721.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.13335.TP.20220223.1440.721.html .

ZHENG T ， HU X ， WANG X L ， et al . Research on the fault-induced inrush current of the converter transformer and its impacts ［C］// 2018 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration ， October 20-22 ， 2018 ， Beijing， China ： 1 - 6 .

郑涛，胡鑫 . 特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 5 ）： 109 - 115 .

ZHENG Tao ， HU Xin . Fault inrush current mechanism of UHV converter transformer and its impacts on differential protection ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 109 - 115 .

魏巍，向天堂，丁理杰，等 . 励磁涌流引发的谐波过电压机理分析以及抑制措施研究［J］. 电测与仪表， 2016 ， 53 （ 24 ）： 24 - 32 .

WEI Wei ， XIANG Tiantang ， DING Lijie ， et al . Research on mechanism of harmonic overvoltage due to exciting inrush current and its suppression method ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2016 ， 53 （ 24 ）： 24 - 32 .

刘书铭，徐永海，朱永强，等 . 特高压线路参数对线路谐波传递系数的影响［J］. 电网技术， 2010 ， 34 （ 1 ）： 11 - 14 .

LIU Shuming ， XU Yonghai ， ZHU Yongqiang ， et al . Impact of transmission line parameters on harmonic transmission coefficients in 1 000 kV AC power transmission system ［J］. Power System Technology ， 2010 ， 34 （ 1 ）： 11 - 14 .

阙波，李继红，汪楠楠，等 . 基于桥臂阻尼的柔性直流故障快速恢复方案［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 24 ）： 85 - 91 .

QUE Bo ， LI Jihong ， WANG Nannan ， et al . Arm damping based quick recovery scheme for flexible HVDC fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 24 ）： 85 - 91 .

司志磊，陆翌，韩坤，等 . 基于桥臂阻尼阀组的模块化多电平换流器故障快速清除与系统恢复技术［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 4 ）： 60 - 67 .

SI Zhilei ， LU Yi ， HAN Kun ， et al . Fast fault clearance and system recovery technology of MMC based on bridge-arm damping valve groups ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 4 ）： 60 - 67 .

陈珩 . 电力系统稳态分析［M］. 北京：中国电力出版社， 1995 .

CHEN Heng . The steady state analysis of power systems ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 1995 .

LIU X X ， LI G ， ZHENG T ， et al . Thyristor-pair- and damping-submodule-based protection against valve-side single-phase-to-ground faults in MMC-MTDC systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 4 ）： 3257 - 3269 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

模块化换流阀低压加压电路及批量测试技术

一种新的柔性直流输电系统远端启动策略