直流線路接地故障是模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的主要故障類型。發(fā)生故障時(shí),為滿足直流斷路器切斷電流要求,應(yīng)在MMC閉鎖前切除故障,而MMC的閉鎖時(shí)刻取決于子模塊中絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）承受故障時(shí)橋臂電流的能力,因此對(duì)故障時(shí)單橋臂電流的特性分析提出了更細(xì)致具體的要求。首先介紹了真雙極MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理,分析了在發(fā)生直流線路單極接地故障時(shí)閉鎖前故障電流不同成分在MMC橋臂上的流通路徑。然后采用復(fù)頻域計(jì)算法,構(gòu)建了故障時(shí)橋臂電流的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了交流系統(tǒng)電壓對(duì)MMC閉鎖前橋臂短路電流的影響機(jī)理。研究表明交流系統(tǒng)電壓相角對(duì)故障時(shí)橋臂電流的幅值影響顯著。最后,基于PSCAD仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),搭建31電平單端及51電平雙端MMC-HVDC,在不同電壓幅值與相角取值下的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該機(jī)理的正確性。 

【文章來(lái)源】：電力系統(tǒng)保護(hù)與控制. 2020,48(13)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

單相子模塊電容器放電瞬時(shí)值復(fù)頻域中運(yùn)算電路模型

鄣緦韉撓跋旎??-25-dcdcarctan(6)由于直流線路電流等于三相單元電流之和，且網(wǎng)側(cè)三相相電壓對(duì)于直流線路相互抵消，交流系統(tǒng)饋入電流僅會(huì)影響橋臂電流。以A相上橋臂為例，有mssin2Iit(7)設(shè)A相等效電勢(shì)表達(dá)式為amautUsint(8)式(7)中，mmac0/2UILL(9)a90(10)則對(duì)于A相上橋臂，可得發(fā)生單極接地故障，觸發(fā)脈沖閉鎖前橋臂電流表達(dá)式為usii(t)i(11)3交流系統(tǒng)對(duì)單極接地故障電流影響機(jī)理不同A相等效電勢(shì)相位角下的橋臂電流各部分分解圖如圖7所示，可見(jiàn)，在系統(tǒng)閉鎖前，子模塊電容放電電流起到主導(dǎo)作用，但交流饋入電流部分也不能忽視。對(duì)于不同的A相等效電勢(shì)相位角，交流部分對(duì)橋臂電流的影響也有區(qū)別，研究交流系統(tǒng)對(duì)直流故障影響機(jī)理，可以對(duì)閉鎖時(shí)間設(shè)置以及子模塊元件的電氣設(shè)計(jì)提供更加精確的理論依據(jù)。圖7不同相位橋臂各部分電流分解圖Fig.7Decompositiondiagramofdifferentphasesofbridgearmcurrent將式(2)兩個(gè)同頻率不同相位的三角函數(shù)合并，得dc220Ldc0Ldcdc0dc0Ldcdcdc0Ldc0dcesincos2sinsinarctancos2tIUIitLItUIL(12)因?yàn)槭?12)為不同頻率三角函數(shù)組合，用解析方法直接求解最值需要用到N倍角公式進(jìn)行替代求解，解析過(guò)程十分困難，計(jì)算結(jié)果也很復(fù)雜，不利于更加直觀地研究影響機(jī)理。首先要簡(jiǎn)化dc與的關(guān)系。由電路理論可得，對(duì)于LC串聯(lián)電路，在串聯(lián)諧振角頻率下，電感的電抗等于電容的容抗，可得相單元串聯(lián)諧振角頻率res的表達(dá)式為res0001=2nLC(13)即dcres0R/4L，經(jīng)文獻(xiàn)[2

雙極晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)T1、T2和上下部二極管D1、D2以及子模塊電容器組成，每相的上下兩個(gè)橋臂合在一起稱為一個(gè)相單元，子模塊存在投入、切除和閉鎖3種工作狀態(tài)。換流器通過(guò)控制子模塊的投入和切除來(lái)調(diào)制出理想的交流電壓，通過(guò)三相調(diào)制波互差120°來(lái)保證交流輸出電壓三相對(duì)稱，三個(gè)相單元處于投入的子模塊數(shù)相等且不變，從而維持直流電壓恒定，并通過(guò)將各相單元中投入狀態(tài)的子模塊在該相單元上、下橋臂之間進(jìn)行分配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出交流電壓的調(diào)節(jié)[21-23]。圖1MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1TopologicalstructureofMMC1.2真雙極系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2為真雙極MMC-HVDC輸電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。真雙極輸電系統(tǒng)由兩端換流站、直流線路及交流系統(tǒng)組成，兩側(cè)換流站分別由上、下兩個(gè)結(jié)構(gòu)一樣的換流器和變壓器組成，接地極引線從正極換流器與負(fù)極換流器在直流側(cè)的連接點(diǎn)引出，采用站內(nèi)接地的方式。圖2真雙極MMC-HVDC系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2TopologicalstructureoftruebipolarMMC-HVDCsystem2單極接地故障的物理過(guò)程分析對(duì)直流正極接地故障進(jìn)行分析，如圖3所示。故障發(fā)生后，在換流站閉鎖前，換流器a的上下橋

【參考文獻(xiàn)】：
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