EMTDC

为解决电流互感器饱和引起的继电保护问题，提出了一种基于磁通密度特征的电流互感器（current transformer，CT）饱和识别方法，以及畸变区二次电流重构技术。首先以饱和时磁通密度梯形区域特征为基础，对CT饱和进行识别，进而利用磁通方差的斜率在进入饱和与退出饱和的差异构建饱和判据，并计算二次电流饱和起点和终点对应的时间，以此得到CT饱和区。然后以电网负荷最大时的电流为依据构建保护启动判据，避免保护误动。最后利用最小二乘法对饱和区二次电流进行重构，可靠反映系统一次电流。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真验证表明，所提方法准确可靠，能快速有效识别CT饱和区段，且时间误差不超过1 ms。

针对风电场集电线上复杂电源密集接入使得现有定位方法应用困难的问题，提出一种基于双层负序差值与负序测距的风电场集电线故障定位方案。首先，深入分析风机故障电流特性，从负序分量出发实现风机建模，同时计及风电场结构特点对其负序网络实施等效。然后，引入故障模拟策略，通过负序电压差值表征模拟故障与实际故障的差异以识别故障区域第一节点，进一步探究从实际故障场景到特定模拟故障场景的负序电压变化趋势，并定义负序电压比消除故障点电流影响，由此提出负序电压比差值判据以实现故障区域第二节点识别。最后，针对故障区域利用双端负序量推导测距公式确定故障位置。PSCAD/EMTDC验证表明，所提方案能够以较少测点计及含线路分支集电线的适用性准确定位集电线各类不对称故障，且定位效果不受故障位置、过渡电阻、风机、风速分布及相量不同步等因素影响。

针对行波故障测距技术中行波检测准确性和行波波速对测距精度的影响，提出一种新的双端行波故障定位方法。首先，介绍了变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)和 Teager能量算子(Teager Energy Operator，TEO)的特点，并将VMD与TEO相结合应用于故障行波波头的检测。其次，在双端行波故障测距原理的基础上，根据故障行波的传播路径，推导出一种不受行波波速和线路实际长度变化影响的行波故障测距新算法。该算法不需要检测行波反射波的波头，测距原理简单。最后，通过EMTDC仿真验证方法的正确性和准确性。大量的仿真结果表明该方法行波波头检测效果较好，测距准确度较高。

直流断路器作为直流电网实现故障清除的重要设备之一，其性能的优劣将直接影响系统的安全稳定运行。针对目前大部分断路器不具备故障限流能力且成本较高这一问题，提出了一种具有限流功能的电容型高压直流断路器设计方案。利用电容的充放电特性实现限流电抗和避雷器的投切，能够显著降低故障电流峰值；将传统直流断路器中大规模全控器件IGBT（绝缘栅双极晶体管）用电容来替代，在实现断流功能的同时有效降低了成本。基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建单端等效模型并进行仿真验证，结果表明：相较于传统高压直流断路器，所提方案降低了故障电流峰值，缩短了故障隔离时间，具有较好的性能。

高压直流(high voltage direct current，HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力，充分利用换流站的无功调节能力，可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力，分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性，以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例，对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析，进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力，并将其应用在无功控制中。研究发现，CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近，而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

针对高压直流输电系统受端换流站发生接地故障时暂态电压失稳问题，提出一种综合故障检测与有功无功输出的储能型链式静止同步补偿器(static synchronous compensator, STATCOM)控制策略。储能型STATCOM具有功率四象限运行能力，通过协调装置输出的有功、无功功率可以优化电压支撑效果。首先，改进了故障检测方法，采用双重检测快速判断故障起止时刻。其次，在故障期间控制储能型STATCOM输出一定量的有功功率，可以有效抑制受端连续换相失败，抬升交流电压最低值。同时，对无功功率进行控制切换，避免故障清除后无功回撤不及时导致的受端暂态过电压问题。在PSCAD/EMTDC仿真平台的CIGRE标准系统中对所提电压支撑控制策略与储能型STATCOM常规控制进行对比。结果表明，在不同故障场景中，所提控制策略均能达到更好地电压支撑的效果。

针对限流电抗器安装在换流站出口，基于线路边界元件特性的多端柔直电网线路保护难以适用的问题，提出了基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案。首先，通过分析故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在直流侧呈现的阻抗频率特性，推导出实际频率大于谐振频率时MMC等效阻抗呈感性。然后，通过分析母线处电压行波折射系数的幅频特性可知，折射过程会对故障电压行波中的低频分量具有较明显的衰减作用，并以此为依据分析区内外故障时线路两侧换流站不同出线低频暂态能量比值的差异，可利用此差异识别故障。最后，PSCAD/EMTDC的仿真结果表明，所提保护方案能够可靠识别故障，不依赖线路边界元件，且具有一定的耐过渡电阻能力。

针对目前基于多馈入相互作用因子(multi-infeed interaction factor, MIIF)同时换相失败评估准确度不足的问题，首先阐明了多馈入高压直流系统中交流系统故障后暂态无功功率的作用机理，揭示了无功功率和电压之间复杂的相互作用对MIIF的显著影响。其次，提出了一种考虑到无功功率和电压相互作用的改进MIIF因子，用于衡量多馈入直流系统之间的相互作用，分别计算了交直流系统间无功功率不平衡引起的电压降和直流换流站间无功功率传输引起的电压变化。然后，基于最小关断角定理，综合考虑了暂态无功功率和电压特性的影响，提出了临界同时换相失败因子(critical simultaneous commutation failure factor, CSCFF)及其计算表达式。通过比较MIIF和CSCFF，提出了一种同时换相失败评估方法，在评估同时换相失败时具有更高的准确性。最后，利用PSCAD/ EMTDC平台构建了双馈入和三馈入高压直流仿真模型，验证了所提方法在不同故障类型、耦合阻抗和故障严重程度下的有效性和适用性。

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势，近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能，以全功率直驱风机为研究对象，总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点，在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后，综合不同工况下的仿真结果，得到了总体性能最优的控制策略。

针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题，提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间，部分海上换流站先启动能量控制，根据直流电压的变化抬升能量参考值，吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测，当直流电压预测值超过限值后，剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制，根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值，减少输送到多端柔直系统的有功功率，避免多端柔直系统的直流电压越限。最后，在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真，验证了所提协调控制策略的有效性。