柔性直流輸電換流器的故障診斷方法研究.pdf

1、基于電壓源換流器的柔性直流輸電系統(tǒng)（VSC-HVDC）是應綠色電網、新能源發(fā)電并網發(fā)展起來的一種新型直流輸電技術，這種技術可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立控制，無需額外的濾波設備、經濟節(jié)能、結構緊湊，適用于風力發(fā)電并網、孤島送電、交流系統(tǒng)異步互聯(lián)等很多領域。電壓源換流器作為柔性直流輸電系統(tǒng)最重要的組成部分，其過壓和過流能力差，容易出現(xiàn)故障問題并維護困難。本文以基于兩電平電壓源換流器的VSC-HVDC為模型，重點研究了電壓源換流器常見故障

2、的類型識別問題、IGBT閥失效開路故障定位、VSC-HVDC換流器故障診斷和故障保護協(xié)調配合等相關內容，旨在為VSC-HVDC系統(tǒng)開發(fā)應用提供理論支持和技術參考。
　　本研究主要內容包括：⑴基于所建立的VSC-HVDC系統(tǒng)PSCAD/EMTDC仿真模型，結合故障仿真結果深入研究了系統(tǒng)無保護策略情況下電壓源換流器內部常見7類故障的運行特性，依據(jù)故障嚴重程度把故障分為非破壞性故障和破壞性故障，分析了直流電壓、直流電流及三相交流電流等故

3、障信號的變化規(guī)律，探討了柔性直流輸電系統(tǒng)可變運行參數(shù)、PI控制器參數(shù)對電壓源換流器的故障信號波形畸變程度的影響，提出以換流器故障信號諧波作為故障診斷所需特征參數(shù)。⑵在深入研究電壓源換流器故障特征基礎上，結合信號處理和模式識別思想，提出了一種能夠識別VSC-HVDC電壓源換流器內部常見故障類型的算法。該算法提出以直流電壓作為故障診斷信號，對其預處理后利用小波變換提取出不同頻率段諧波信號能量作為特征參數(shù)，結合層次化分析和BP神經網絡算法實現(xiàn)

4、換流器常見故障類型識別。編寫程序進行算法仿真驗證，結果表明提出的算法能準確診斷電壓換流器的故障類型，診斷結果不依賴于系統(tǒng)運行參數(shù)。⑶對電壓源換流器閥臂開路等非破壞性故障的故障特性及故障定位進行了深入研究。建立IGBT閥開路故障的直流電壓波動分量數(shù)學模型和兩側換流器故障交流電流的數(shù)學模型，搭建實驗平臺進行故障實驗，實驗結果與理論分析一致。深入分析系統(tǒng)運行參數(shù)突變對兩側換流器三相交流電流基波分量相位影響基礎上，提出了一種綜合利用交流電流直流

5、分量和基波相位差的故障閥臂定位算法，可有效避免傳輸功率翻轉引起的誤判問題，通過仿真驗證了該算法。理論分析交流單相斷線對系統(tǒng)直流側及兩側換流器產生的故障影響，建立故障直流電壓波動分量的數(shù)學模型和兩側換流器故障交流電流的數(shù)學模型，推導故障諧波傳遞規(guī)律。提出了整體非破壞性故障定位算法并通過仿真驗證。⑷研究VSC-HVDC系統(tǒng)電壓源換流器故障的保護和診斷的協(xié)調配合。介紹了換流器故障分層設計思想和故障保護策略。對破壞性故障（包括IGBT失效短路等