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基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，直流配电网，特别是基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的柔性直流配电网，逐渐成为未来智能电网的重要组成部分。
然而，与传统的交流配电网相比，直流配电网的故障特性和保护策略存在显著差异，这使得故障定位和保护配置面临诸多挑战。
因此，本文旨在深入研究基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置问题，以提高电网的安全性和稳定性。
本文首先对柔性直流配电网的基本结构和工作原理进行介绍，重点阐述MMC的工作原理及其在直流配电网中的应用。
在此基础上，分析柔性直流配电网中可能出现的故障类型及其特性，包括线路故障、换流器故障等。
接着，本文深入探讨现有的故障定位方法，如行波法、阻抗法等，并分析其在柔性直流配电网中的适用性。
同时，针对柔性直流配电网的故障特性，研究适用于该系统的保护配置方案，包括过流保护、欠压保护等。
本文还将通过仿真实验和实际案例分析，对所提出的故障定位方法和保护配置方案进行验证。
通过仿真实验，模拟不同故障场景下电网的动态行为，评估故障定位方法的准确性和保护配置方案的有效性。
结合实际案例，分析故障发生的原因和处理过程，为实际工程应用提供参考。
本文旨在通过理论分析和实验研究，为基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置提供有效的解决方案，为推动直流配电网技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。
二、MMC技术及其在柔性直流配电网中的应用模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的高压大功率电力电子变换技术，由德国学者R. Marquardt和A. Lesnicar于2002年首次提出。
MMC由多个结构相同、相互独立的子模块（Sub-Module，SM）级联而成，通过控制子模块的投入与切除，可以灵活地调节输出电压的幅值和极性，从而实现直流电网的灵活、高效、可靠运行。
柔性直流配电网的若干问题研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，柔性直流配电网作为一种新兴的配电方式，受到了广泛关注。
其独特的优势，如能够灵活控制潮流、实现多源协调互补、适应分布式新能源接入等，使得柔性直流配电网在解决传统配电网面临的一系列问题上展现出巨大潜力。
柔性直流配电网在实际应用中仍面临诸多问题和挑战，如系统稳定性、经济性、控制策略、保护技术等方面的问题，亟待解决。
本文旨在深入研究柔性直流配电网的若干关键问题，通过对现有文献的梳理和分析，结合国内外相关研究成果，探讨柔性直流配电网的理论基础、技术难点和发展趋势。
文章首先对柔性直流配电网的基本原理和主要特点进行概述，然后重点分析其在运行控制、保护技术、经济性评估等方面的关键问题，并提出相应的解决方案和策略。
文章还对柔性直流配电网的未来发展方向进行展望，以期为我国配电网的升级改造和新能源消纳提供理论支持和实践指导。
二、柔性直流配电网的基本原理与关键技术柔性直流配电网采用基于电压源型换流器（VSC）的直流配电系统，通过PWM（脉宽调制）技术实现直流电压的灵活控制。
VSC换流器通过调整其输出电压的幅值和相位，能够独立地控制有功功率和无功功率，从而实现对配电网的灵活控制。
VSC换流器还具有快速响应、易于扩展和模块化等优点，使其成为构建柔性直流配电网的理想选择。
（1）VSC换流器技术：VSC换流器是柔性直流配电网的核心设备，其性能直接影响整个配电网的运行效率和稳定性。
研究高效、可靠的VSC换流器技术是柔性直流配电网发展的关键。
（2）直流保护技术：由于直流配电网的故障特性与交流配电网存在显著差异，传统的交流保护方法无法直接应用于直流配电网。
需要研究适用于直流配电网的故障检测、隔离和恢复技术，以确保配电网的安全稳定运行。
（3）直流配电网的规划与优化技术：随着分布式电源和电动汽车等直流负荷的快速发展，直流配电网的规划与优化问题日益突出。
需要研究考虑多种因素的直流配电网规划方法，以及基于多目标优化的配电网运行控制技术，以实现配电网的经济性、可靠性和环保性的协调优化。
地铁供电系统中柔性接触网常见故障和防范措施解析地铁供电系统中，柔性接触网是一种重要的供电方式，其具有灵活性高、运行稳定、噪音小等特点。
然而，由于操作不规范、设备老化、天气等原因，柔性接触网常常出现故障，如短路、断线、接触不良等。
这些故障不仅会影响地铁的运营效率，还可能对乘客的安全造成威胁。
因此，本文将从常见故障和防范措施两个方面，对地铁柔性接触网进行解析。
一、常见故障1. 短路故障柔性接触网的短路故障是指线路中存在直接连接两个电极的故障。
短路故障一般由于集电装置老化、磨损、接触不良等原因引起。
当柔性接触网出现短路故障时，会让电流直接通过故障段，导致周围的设备损坏、设备运行异常、保护装置动作等问题。
2. 断线故障3. 接触不良柔性接触网的接触不良是指集电装置与接触网之间存在接触不良的故障。
接触不良一般由于接触板脏污、磨损、杆塔变形等原因引起。
当柔性接触网出现接触不良故障时，列车只能依靠车辆内部电池的电量行驶，从而影响列车的正常运行。
二、防范措施1. 定期检查为预防柔性接触网出现故障，必须对柔性接触网进行定期检查和维修。
定期检查可以及时发现和处理柔性接触网存在的问题，在设备运行过程中避免出现潜在的故障隐患。
定期检查的内容包括柔性接触网的接触状态、集电装置的磨损状态、杆塔的稳定性等。
2. 设备更新柔性接触网的集电装置、杆塔等设备都会随着时间的推移而老化，存在一定的使用寿命。
为了确保柔性接触网的运行稳定，必须按照设备寿命进行更换和更新。
同时，在更新设备的过程中，需要保持设备与系统的协调性，并确保设备的质量和安全性。
3. 增强维护人员的操作技能柔性接触网的故障往往是由于经验不足或操作不规范导致的。
因此，为了防范柔性接触网的故障，需要增强维护人员的操作技能，提高其对设备的维护保养和故障处理的能力。
对于新维修人员，必须进行系统的培训和考核，确保其安全维修柔性接触网。
总之，柔性接触网是地铁供电系统中重要的组成部分，其正常运行对于地铁的运营、管理和安全都具有重要的影响。
柔性直流输电线路故障分析与保护综述摘要：随着各领域的不断进步，环境污染问题的日益严重，对可再生能源的大力开发和有效利用越来越受到世界各国的高度重视。
然而，风能、太阳能等可再生能源具有随机性和间歇性的特点，可再生能源发电的大规模接入会给传统交流电网的运行带来诸多问题，传统电网已经越来越难以接收和消纳大规模的可再生能源，“弃风”、“弃光”现象时有发生。
关键词：柔性直流；输电线路故障；保护引言柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。
柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。
1直流输电线路继电保护研究现状1.1主保护实际投入运行的直流输电线路主保护主要有行波保护和微分欠压保护2种，最先是应用于常规高压直流输电系统，而柔性直流输电线路的保护则直接借鉴了这2种保护。
其中行波保护主要采用ABB和SIEMENS两家公司的单端量行波保护原理。
两家公司的保护都利用极波(即反向电压行波)来构成保护判据。
ABB的行波保护根据极波的变化量的大小来判断故障。
当极波的变化量大于保护定值时，即认为线路发生了故障，保护不经过延时就可以出口，保护的动作时间与故障后极波的变化率密切相关，一般情况下动作时间为几个ms。
SIEMENS的行波保护则引入了电压的微分来构成保护的启动判据，同时使用了保护启动后极波的变化量在10ms内的积分值构成保护判据。
这样可以在一定程度上降低各种干扰对保护的影响，提高保护的可靠性，但牺牲了保护的动作速度。
1.2后备保护现有的直流输电系统的线路后备保护往往采用纵联电流差动保护。
但由于线路故障后暂态过程较为严重，有非常大的暂态分布电容电流，因此为了躲过暂态过程的影响，电流差动保护往往引入较大的延时。
其后备纵联电流差动保护的典型动作时间为500-800ms。
对于柔性直流电网来说，上述动作时间显然太长了，交流侧的保护将有可能先于直流线路后备保护动作，造成换流站退出运行，极大地扩大了故障隔离和切除的范围。
柔性直流配电系统控制策略及保护技术摘要：柔性直流配电系统是目前电网建设的重要内容，不仅关系到能源多样化、配电结构优化，更有利于确保分布式电源稳定性，但柔性直流配电系统存在技术短板，需要从系统控制策略和保护技术两个方面进行分析，本文研究了柔性直流配电系统运行方式，并从系统级控制和配网级控制两方面提出了柔性直流配电系统的具体控制方法，探究了直流配电系统的故障检测与定位、隔离手段，以此增强理论研究和实践经验，更好的保障柔性直流配电系统的应用和发展。
关键词：柔性直流配电；控制策略；故障特性柔性直流配电系统属于集成配电、用电、发电为一体的双向能量流动有源网络，利用柔性直流配电系统可以突破传统光电能即时发送的影响，有利于提高用户的使用效率，为构建大容量、高电质的技术性支撑平台提供保障。
同时，柔性直流配电系统不会受到交流同步稳定性的影响，可以避免交流环节能源流失和损耗，有效连接集中式和分布式的能源单元，为城市提供更为理想的供电方式。
1.柔性直流配电系统控制策略1.1柔性直流配电系统运行方式柔性直流配电系统的转换器接收来自于交直流电源和再生能源的电能，保证储能系统和微电网之间的能量传递，因为柔性直流配电系统运行方式存在多样性特点，不同运行方式可以引起网络潮流分布变化，因此需要有效控制柔性直流配电系统的运行方式，避免功率问题造成直流电压波动，影响敏感负荷的电能需求。
1.2柔性直流配电系统的具体控制方法1.2.1系统级控制系统级控制是根据协调系统稳定各设备的运行状态，确保电能的稳定供给。
柔性直流配电系统不会受到频率和功率的影响，因此只要在电压方面进行稳定控制，即可保证该系统的正常运行。
常见的系统级控制方式有三种，一是主从控制，是借助各个换流器进行信息传输，这种方法的控制效率较差。
二是下垂控制，通过静差调节下垂系数，根据预先设定形式了解到能量的动态变化裕量，这种方法的功率波动能力差，反应速度较慢，容易影响敏感负荷的正常运行。
柔性直流输电线路故障定位方法研究摘要：柔性直流线路长度大，容易出现故障，为提高其运行可靠性，需采用精确、可靠的故障定位方法。
文章综述了目前国内外对柔性直流输电网故障定位的研究情况，对其进行了分类研究，将其划分为三种类型，即行波法和故障分析法以及智能算法，并对这三种类型的方法各自的优点和不足进行了归纳，最后针对目前柔性直流输电网的故障定位的研究现状，提出了几点建议。
关键词：直流输电线；故障定位；行波法；故障分析法引言灵活的直流输电在与新能源并网、孤岛供电、远距离传输网络等方面具有优于常规交流输电的优势。
由于直流线路长度大，长期不间断的运行，以及长期受到雷击、树枝、冰雪等恶劣环境的影响，导致了线路的绝缘性能降低，极间和极对地极易发生短路，因此，直流线路的故障率也是最高的。
为确保直流输电系统安全、稳定地运行，必须对其进行有效的检测与处理。
近年来，由于继电保护技术的不断发展，在一定程度上降低了线路的损伤，但由于缺乏外在损伤特征，导致了难以定位的局部绝缘损伤。
为降低线路检修工作量，加快故障修复速度，降低停电损失，保障交直流电网安全运行，探索简便、高效、经济的直流线路故障检测方法已成为众多学者关注的焦点。
一、柔性直流输电优势相对于柔性直流输电，传统的交流输电方式在输送电能时会产生巨大的无功损耗，所以必须对无功进行补偿，并且经常要对电容进行投切，这就导致了控制的复杂性和费用的增加。
然而，在直流输电系统中，换流站采用不同的控制策略，不仅能灵活地控制有功无功，还能充当静止无功的补偿器，还能快速地实现有功无功的调节。
因为直流故障电流不存在过零点，很难进行故障切除，而且直流断路器造价昂贵，研制过程中存在瓶颈，不是所有的换流站终端都可以配备直流断路器。
与传统的交流输出线的单一电力传输方向不同，柔性直流输出线的潮流逆转更加快速、更加简单，它只需将输电电压进行反转，就可以实现直流输电的潮流逆转，而不会对电流做任何额外的变化，也不会改变系统的传输结构。
地铁供电系统中柔性接触网常见故障和防范措施解析地铁是城市交通系统的重要组成部分，而地铁供电系统中的柔性接触网是地铁运行的重要保障。
柔性接触网在日常运行中可能会出现各种故障，影响地铁的正常运行。
对柔性接触网的常见故障及防范措施进行深入剖析和解析，对于地铁运营安全和稳定具有重要意义。
一、柔性接触网的常见故障1. 电流过载柔性接触网在运行中可能会因为电流过载而出现故障，导致接触网发热、烧损等现象，严重影响地铁的正常运行。
2. 弯曲变形柔性接触网在使用过程中可能会因为外力作用而发生弯曲变形，导致接触网形状不规则，影响导电性能，甚至引起接触网脱落，严重影响供电系统的正常运行。
3. 绝缘子破损绝缘子是柔性接触网的重要组成部分，但在日常运行中可能会出现绝缘子破损、老化等情况，导致绝缘子失去作用，出现漏电等问题。
4. 接触网接头脱落由于接触网是由多段接头连接而成，因此接触网接头的脱落可能导致供电系统中断，严重影响地铁的正常运行。
5. 天气因素柔性接触网在恶劣天气条件下可能会出现冰雪覆盖、积水等情况，导致接触网导电性能下降，甚至发生短路等故障。
1. 定期检查地铁运营方应当加强对柔性接触网的定期检查工作，对接触网的电流负荷、形状状态、绝缘子状况等进行全面检查，及时发现问题并进行处理。
2. 强化维护针对柔性接触网的弯曲变形、绝缘子破损等问题，地铁运营方应加强对接触网的维护保养工作，及时修复损坏的部件，确保柔性接触网的正常运行。
3. 紧固接头柔性接触网的接头连接是影响供电系统稳定性的关键部分，因此在日常维护工作中应加强对接头的紧固和检查工作，防止接头脱落引起的故障。
4. 防雨防雪在雨雪天气条件下，地铁运营方应加强对柔性接触网的防雨防雪工作，及时清理接触网上的雨雪，确保供电系统的正常运行。
5. 完善监控系统地铁运营方应建立健全的柔性接触网监控系统，实时监测接触网的运行状态，及时发现并处理问题，确保供电系统的安全稳定运行。
《中低压柔性直流配电网故障识别与控制隔离技术研究》篇一一、引言随着现代电力系统的不断发展和技术的持续创新，中低压柔性直流配电网已经成为智能电网建设的重要组成部分。
其独特的特点如可实现无功补偿、电能质量优化以及灵活的拓扑结构等，使得它在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
然而，随之而来的问题也日益凸显，其中最为关键的就是故障识别与控制隔离技术。
本文将针对中低压柔性直流配电网的故障识别与控制隔离技术进行深入研究，探讨其原理、方法和应用。
二、中低压柔性直流配电网概述中低压柔性直流配电网（以下简称“柔直配网”）是指以电压等级为中低压的直流配电网络，采用柔性直流输电技术进行供电。
这种配电网具有灵活的拓扑结构，可以有效地进行无功补偿和电能质量优化，提高了供电可靠性和经济性。
然而，由于其结构的复杂性和电力电子设备的多样性，一旦发生故障，其影响范围和修复难度都较大。
因此，对柔直配网的故障识别与控制隔离技术进行研究具有重要的现实意义。
三、故障识别技术（一）基本原理故障识别是柔直配网运行维护的关键技术之一。
其基本原理是通过监测配电网中的电压、电流等电气量，以及温度、压力等非电气量，结合先进的信号处理和模式识别技术，对故障进行判断和定位。
（二）方法与技术手段1. 信号处理技术：包括滤波、去噪、波形分析等，用于提取故障特征信息。
2. 模式识别技术：通过机器学习、神经网络等技术对故障特征进行分类和识别。
3. 智能诊断技术：结合专家系统、知识库等，对故障进行智能诊断和预测。
四、控制隔离技术（一）基本原理控制隔离技术是指在柔直配网发生故障时，通过控制策略和设备操作，将故障区域从系统中隔离出来，以保证非故障区域的正常供电。
其基本原理是快速、准确地判断故障位置，并采取相应的控制措施进行隔离。
（二）方法与技术手段1. 快速定位技术：通过先进的测量设备和算法，快速定位故障位置。
2. 自动控制技术：采用智能控制器或自动控制系统，实现故障区域的快速隔离。
柔性直流输电线路故障定位分析与研究作者：吴哲来源：《中国科技纵横》2015年第24期【摘要】随着直流输电技术的发展，柔性直流输电在生活和生产中应用越来越广泛。
由于直流输电线路往往距离比较远，故障发生率比较高。
要确保直流输电系统可靠安全运行，快速诊断和消除输电线路故障就显得尤为重要。
本文对现有的直流输电线路故障定位位方法的应用和优缺点进行了分析和讨论，并根据多年的经验对今后直流输电线路故障定位的研究提出了一些建议。
【关键词】柔性直流输电线路行波分析法故障分析法1概述柔性直流输电与交流输电比较，具有输送电量大、输送距离长、配电网络互联简便、送电功率容易调节、输电走廊占用空间小等特点。
因此在远距离输电、分布式电能并网、岛屿供电以及城市中心区域供电等方面优势明显。
如今直流输电工程数量逐渐增多，柔性直流输电在我国发展十分迅速。
直流系统中，由于雷电、树木遮挡和污染物附着导致输电线路故障率往往比较高。
同时由于直流输电线路距离往往比较远、经常跨越各种地形穿越不同气候区域，导致高故障率的同时，也造成故障的诊断和恢复难度加大。
因此，快速准确的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停电造成的损失，对提高输电系统综合性能指标具有重要意义。
[1]2 柔性直流输电线路故障定位方法的研究目前，直流输电线路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。
其中行波分析法的应用最为广泛。
行波分析法包括A、B、C、D、E、F五种类型，其中A、C、E、F应用单端分析原理，B、D采用双端分析原理。
根据电气数据来源故障分析法可分为单端分析法和双端分析法两种，根据电气数据形式可分成频域分析法和时域分析法。
[2]2.1直流输电线路故障定位的行波分析法行波分析定位法最初应用于交流线路的故障分析，因为暂态行波在线路中断传输速度稳定，因此故障距离可以通过测量行波在母线和故障点之间的传输时间计算得出。
从理论上讲，行波分析法的可靠性和测量精度与输电线路类型、故障阻抗和两侧系统特性无关。
柔性直流输电的故障分析及保护策略综述单位省市：内蒙古自治区乌兰察布市兴和县单位邮编：013650摘要：柔性直流输电系统具有阻尼小、惯量低的特点，直流线路发生故障后故障发展迅速，因此如何快速可靠地识别线路故障对系统稳定运行意义重大。
目前，柔性直流输电线路保护主要是借鉴更为成熟的传统直流线路保护方法，然而传统直流输电线路保护方法应用于柔性直流输电中仍存在诸多问题，其本质主要体现在柔性直流输电系统对线路保护的速动性的要求更为苛刻，同时得兼顾保护的灵敏性、可靠性和选择性。
因此，柔性直流输电对线路保护的速度、弱故障特征提取的能力、抗干扰能力、以及对不同故障的区分能力提出了更高的要求。
基于此，本文将对柔性直流输电的故障分析，提出几点保护策略，仅供参考。
关键词：柔性直流输电；故障问题；保护策略1.柔性直流输电故障保护的要求与难点柔性直流输电是新型电力系统的重要组成部分，其故障保护既有传统继电保护“四性”（可靠性、选择性、速动性和灵敏性）的基本要求，又有直流系统运行特点带来的新技术要求。
可靠性是对传统继电保护装置的基本要求，其内涵包括“不误动”和“不拒动”两层意义。
影响可靠性的主要因素是干扰，如测量信号的噪声、雷击等。
根据直流系统的运行数据，直流架空线路的故障绝大部分是瞬时性故障，如果在故障切除后对线路进行自动重合闸控制，可以极大地提高电能传输的可靠性。
而如果缺少对故障性质的识别，使重合闸发生永久性故障，则会对直流系统造成二次冲击。
选择性保护应遵循停电影响最小化的原则，即确保在最小区域内将故障区域切除，以最大限度地保证未发生故障的部分仍然继续正常供电。
在交流系统中，常根据故障信号的稳态值，利用保护上、下级线路的延时配合实现选择。
但直流电网故障受系统运行方式、过渡电阻等因素影响大，特征复杂且过渡过程信号暂态分量变化剧烈，因此传统的继电保护方法难以准确定位。
直流电网发生故障后，电路结构和参数决定了其故障回路呈现低阻尼、低惯性的特点，导致故障电流上升速度快。
摘要目前直流电网发展越来越快，相比于交流电网，直流电网电压稳定，控制容易。
在直流电网中，模块化多电平换流器（M odular M ultilevel C onverter）占据越来越重要的位置，它的扩展性强、器件要求低、输出谐波低，是未来高压直流领域不可或缺的一部分。
然而，在应用基于半桥结构的MMC时，当其直流侧发生故障，子模块中IGBT两端反并联的二极管会持续为直流侧短路电流供给通路，产生很大的故障电流流过二极管，很可能因为过电流而损坏二极管。
而面对直流故障的清理，用直流断路器切除故障的技术还不成熟，故障清除技术尚不完善。
因此对基于MMC的直流电网的故障限制方案的研究具有重要的意义。
研究针对基于MMC的直流电网中直流故障的清理，本文首先分析了在发生直流故障时，半桥MMC双极短路故障的三阶段故障特征，并且针对第一个阶段故障等效回路的电容等效值进行了对比验证。
在得到故障特征的基础上，详细的对比分析目前存在的故障分流、故障限流技术，并提出一种新的故障限流措施，对握手原理方案进行改进完善。
同时，针对目前广泛应用的模块化多电平换流器自身的特点，对新出现的基于电容电压箝位技术的故障清除方案进行分析总结，得到最经济实用的结构，并对其中自阻子模块的结构进行改进。
分析得出基于电容电压箝位技术的故障清除方案应用前景最好，但是故障清除时间变化不定。
所以，论文最后深入研究了基于电容电压箝位技术的故障阻断时间，对故障后交流侧电流进行数学分析，得到故障清除时间的表达式，分析了电阻、电感以及子模块电容对阻断时间的影响，最后仿真验证理论公式的正确性，并结合实际系统设计电阻值。
关键词：直流电网，故障特征，电容电压箝位，阻断时间IABSTRACTAt present, the development of DC power grid is faster and faster. Compared to AC power grid, the DC grid voltage is stable and its control is easy. The application of a wide range of modular multi-level inverter occupies an increasingly important position, its strong scalability, low device requirements, the output harmonic wave low, is the future of high-voltage DC an integral part of the field. However, considering a half-bridge-based modular multilevel converter, when its DC side fails, the diodes at both ends of the IGBT in the submodule will continue to be current supply path, it is likely to cause over-current damage to the diode. Considering the DC fault clean-up, while the DC circuit breaker fault removal technology is not mature, fault removal technology is not perfect. Therefore, the research on the fault limiting scheme of DC power system basing MMC is of great significance.Study on DC fault of DC power supply in MMC cleaning based on, this paper firstly analyzes the DC fault, three phase fault characteristics of half bridge MMC bipolar short-circuit fault, and the capacitance equivalent first phase fault equivalent circuit are verified by.Based on the fault characteristic, fault current shunt, detailed comparative analysis of the fault current limiting, and puts forward a new fault current limiting measures of protection schemes. Then improve and perfect the principle of handshake.At the same time, based on the widely used modular multilevel converter and its own characteristics, the new scheme for the fault capacitor voltage clamp technique based on clearance were analyzed and summarized, obtained the most economical and practical, and improve the self-resistance of sub module structure. Analysis of fault capacitor voltage clamp technique based on the cleaning method the best prospect, but the fault clearing time uncertainty.Finally, the fault-blocking time based on capacitor voltage clamping technology is studied in detail. The influence of resistance, inductance and capacitance of the sub-module on the blocking time is analyzed. Finally, the correctness of the theoretical formula is verified by simulation. And we design the resistance of the faulty loop according to the actual system.KEY WORDS: DC Power Grid，Fault Characteristics，Capacitor V oltage Clamping，Fault-Blocking TimeII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 本文主要的研究工作 (6)第2章模块化多电平换流器结构及系统控制方式 (9)2.1 MMC拓扑结构 (9)2.2 MMC子模块工作原理 (10)2.3 数学分析 (13)2.3.1模型分析 (13)2.3.2 MMC的控制方法 (16)2.4 双环与低电压穿越控制 (16)2.4.1 MMC内环给定控制 (16)2.4.2 MMC外环稳定控制 (18)2.4.3 MMC低电压穿越控制 (19)2.5 小结 (22)第3章故障分析及故障电流限制 (23)3.1 MMC三阶段故障特征分析 (23)3.2 一阶段故障特征对比验证 (25)3.3 直流故障系统中脆弱元件 (27)3.3.1 二极管脆弱性分析 (27)3.3.2 IGBT脆弱性分析 (29)3.4 故障分流措施 (30)3.5 故障限流措施 (32)3.6 握手原理的改进 (35)3.7 小结 (36)第4章电容电压箝位技术及故障阻断时间计算 (37)4.1 单电容两电平 (38)III4.1.1 几种典型的单电容两电平结构 (38)4.1.2 自阻子模块的创新 (39)4.2 双电容三电平 (39)4.3 电容电压箝位技术故障阻断时间计算 (40)4.3.1 故障阻断原理分析 (41)4.3.2 控制故障阻断时间的结构创新 (42)4.3.3 直流故障阻断时间数学分析 (43)4.3.4 仿真验证 (45)4.4 小结 (47)第5章总结和展望 (49)参考文献 (51)发表论文和参加科研情况说明 (57)致谢 (59)IV第1章绪论第1章绪论1.1 课题研究的背景和意义电力系统是国家的关键重要枢纽，无论是工业、农业还是商业等等全都离不开电力系统的支撑，电力系统的安全稳定可靠对我们各个行业的成长有着极其重要的意义[1]，目前都市配电网成长迅速，对我们电力系统提出了更高更强的要求，电力系统也要做到与时俱进，各个子部分、各个子模块、各个子元素都要紧密联系，努力建成更可靠更先进更全面的城市配电网。
直流配电网拓扑结构
直流配电网的拓扑结构可以分为3种类型：辐射状、双端以及多端直流配电网。
其中辐射状直流配电网的拓扑结构较为简单，供电可靠性低，双端和多端直流配电网的供电可靠性高，但是故障识别和保护配置较为复杂。
本文针对如图1所示的双端直流配电网的故障测距方法进行研究。
双端直流配电网采用双级供电方式，直流系统经AC/DC换流器从变流电网获取电能，通过DC/AC、DC/DC 换流器为负荷供电，亦可经换流器接入分布式电源和储能设备。
图1：双端供电系统结构图
直流线路故障特征分析
直流线路故障可以分为单极接地和极间短路故障。
单极接地故障特征与直流配电系统的接地方式有关，比较典型的接地方式是TN-S接地方式即换流器的中性点连接大地，故障发生时，会有较大的故障电流和电压暂变现象。
极间短路危害更大，其故障特征与接地方式无关。
图2为极间短路故障示意图，故障发生后，IGBT会因自身保护而关断，故障过程升为3个阶段：电容放电阶段，二极管依次导通阶段以及全都导通阶段。
图2：极间短路故障示意图
结合图2可知电容放电阶段可以用二阶微分方程表示，如式：
式中μc为极间电容电压；压一为线路电流，i为线路电流，L为包含直流电抗器的故障回路电感值，A为故障回路电阻：c为级间电容。
忽略过渡电阻影响
时，由于线路电阻非靠小，显然R < 2√L/C。
假定故障发生时刻为t0．电容电压为额定电压V0；线路初始电流为I0，求解微分方程（1）可得：
当电容电压μc下降到交流线电压时，交流侧开始经过二极管依次向故障点注入电流，该过程属于二极管依次导通阶段。
考虑到交流侧线路电感的限流作用，注入电流上升速度不会很快，此时故障电流还是以电容放电电流为主。
若在tl 时刻电容电压降为0，结合式(2)可得电容放电时间为：
当电容电压降为0后，交流侧短路电抗的反向电压使续流二极管全部导通，相当于三相短路。
单极接地故障的故障极电容放电过程原理相同，在此不再赘述。
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