故障清除（精选3篇）
故障清除 篇1
摘要：针对当前已投入运行的高压直流(HVDC)输电工程中模块化多电平换流器(MMC)不具备直流侧故障电流闭锁能力的问题,分析了一种可自清除直流侧故障电流并且可重启动的MMC拓扑——基于钳位双子模块的MMC。这种拓扑可在发生直流故障时通过闭锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的触发信号和利用二极管的反向阻断能力迅速完成闭锁过程,从而达到无需交流断路器动作实现清除直流故障的目的。这种拓扑将半桥模块化MMC的调制方法和控制策略与可清除直流故障能力结合在一起,且具有结构简单、造价经济等特点。通过对半桥模块化MMC和钳位双子模块MMC在直流侧双极短路故障情况下的故障电流进行分析和仿真,验证了基于钳位双子模块的MMC在处理直流侧故障方面的能力和效果。
关键词：高压直流,模块化多电平换流器,直流侧双极短路故障,钳位双子模块
0 引言
随着全控型电力电子器件耐压等级和容量的不断提升，使得采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)构成电压源换流器来进行高压直流(HVDC)输电成为可能[1,2]。模块化多电平换流器(MMC)作为直流输电的电压源换流器的拓扑之一，由于其特殊的结构，使得其较传统的两电平或三电平换流器具有一系列优点[3]，近年来得到了学术界和工程界的广泛关注。
从国内外研究现状来看，很多学者对MMC进行了大量研究，但大部分主要集中在系统建模、调制策略选择、控制系统设计、子模块均压等问题上。如文献[4,5,6,7]建立了模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的等效模型，对调制策略进行了深入研究;文献[8,9]对MMC的交直流侧控制方法和环流抑制进行了研究;文献[10,11]针对子模块电容电压不易控制的问题提出了有效的解决方案。但对于目前MMC拓扑结构不具备控制直流侧故障电流这一致命弱点，却只有少数文献进行了阐述和研究。一旦发生直流侧故障，就必须断开交流侧断路器，这样造成的危害极大：不仅导致系统停运(这对于多端直流输电系统和易发暂时性故障的架空线路来说危害是致命的)，而且由于机械开关响应慢，往往需要增大设备额定参数、配置高速旁路开关等辅助性措施，以防止期间的过电流引起器件损坏。所以现在已投入运行的MMC-HVDC输电系统，如美国的Trans Bay Cable工程和国内的上海南汇风电场MMC-HVDC示范工程，都采用的是造价昂贵的地下电缆双端系统的方案，如果不能有效解决直流侧故障的问题，采用造价较为经济的架空线路和多端直流输电系统方案的实施将会面临巨大挑战。
本文从MMC的子模块入手，通过分析比较不同子模块的结构特点和故障机理，并且在MATLAB/Simulink平台上进行仿真，证明基于钳位双子模块(CDSM)的MMC(简称CDSM-MMC)在处理直流侧故障电流问题上的能力和效果。
1 MMC的子模块
图1所示为MMC的结构拓扑。
由图1可以看出：子模块是MMC拓扑中最关键的部件，它不仅承担了传统两电平换流器直流侧电容支撑直流电压的作用，而且通过子模块中全控型器件的开关决定了换流器交流侧输出电压的波形质量，可以说子模块是MMC中的“功率单元”。为此，Rainer Marquardt在2010年和2011年的两次电力电子会议上提出了广义MMC的概念[12]，将子模块分为半桥子模块(HBSM)、全桥子模块(FBSM)和CDSM，如图2所示。
将这3种子模块结构进行对比，可以看出：HBSM是所用器件最少、损耗最小的一种结构，是目前最被接受、被研究最多的一种拓扑，但是它不具备清除直流侧故障电流的能力，本文下面会进行详细分析;FBSM具有直流电流闭锁能力，但是在正常工作时，并不需要其负极性的电压，造成其较HBSM需要双倍的半导体器件和产生双倍的运行损耗，经济效益较差;而CDSM较HBSM增加的器件和损耗均不大，而且具有直流侧故障电流闭锁能力，所以本文认为CDSM-MMC是解决柔性直流输电直流侧故障电流问题的一种有效方案。下面将通过在直流侧双极性短路故障情况下对CDSM和HBSM进行对比分析和在MATLAB/Simulink下进行仿真，证明CDSM-MMC在处理直流侧故障的优越性。
2 CDSM-MMC工作原理
由图2可知，CDSM由两个等效半桥单元通过两个钳位二极管和一个引导IGBT(T5)构成。正常运行时，T5保持导通，CDSM等效于两个HBSM的级联，如图3(a)所示，其中iSM为子模块电流。
比较图3(a)和(b)可知：正常工作时，CDSM和两个HBSM级联只是级联的方式略有不同：二者上半单元相同，下半单元CDSM输出的是T2两端电压，HBSM输出的是T4两端电压。因此，对于每桥臂有N个CDSM的MMC完全可以移植每桥臂有2 N个HBSM的MMC的调制策略，如载波移相调制或最近电平逼近调制等，只要将T2和T4的驱动信号互换即可。CDSM的触发信号与子模块输出电压之间的关系如表1所示。
注：故障闭锁情况下的(1)对应于子模块电流大于0,(2)对应于子模块电流小于0;“—”表示无此数据。
正常工作时，对应表1中(1),(2),(3),(4)这4种模式，CDSM的电流走向如图4所示。由于iSM>0和iSM<0电流走向分析类似，这里只分析iSM>0的情况。由图4可以得出和表1相同的子模块输出电压情况。
由以上分析可知，CDSM和现在普遍被学术界和工程界所接受的HBSM的通用性非常好，其拓扑结构类似，调制策略可移植，因此可将HBSM的现有研究成果运用于这种新型的子模块结构，数学模型的建立、控制器的设计等都可进行移植。CDSM相比于HBSM，导通损耗只略有增加(由于T5的存在)，但却具备了HBSM所不具备的直流故障自清除的能力，下面分析CDSM的故障机制。
3 HDSM和CDSM的故障机制比较
直流侧故障是换流站设计运行必须考虑的一种严重的故障类型，对设备参数选择、保护配置和控制策略都有着重要影响。而直流侧双极性短路故障是直流侧故障中非常严重的一种，本文主要讨论这种故障条件下电路的特性。
目前处理直流侧故障的基本途径有3类[13,14]：一是利用直流侧设备(如直流断路器)隔离故障点;二是利用换流器自身控制实现直流侧故障的自清除;三是利用交流侧设备(如交流侧断路器、交流熔断器等)切断与交流系统的连接。由于直流断路器故障电流不存在自然过零点，而灭弧困难导致其在高压大容量领域还未获得认可，而现在已投运的电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统不具备直流侧故障自清除能力，所以现在普遍采用的做法是第3种，即断开交流断路器。但是这样就会造成系统停运，对于易发暂时性故障的架空线路和多端VSC-HVDC系统是非常不利的。
下面通过分析双极性短路故障时基于HBSM的MMC(简称HBSM-MMC)和CDSM-MMC的故障特性，了解CDSM的故障自清除能力。HBSM-MMC直流侧双极性短路故障时的故障电流流向如图5所示。
由图5可以看出：发生直流侧双极性短路故障后，由于检测、判断以及保护装置动作的延时性，所有IGBT并不能立刻进行封锁。在这段时间内，故障点的电流由两部分组成[15]：一是交流电源通过与IGBT反并联的二极管D2向直流侧故障点馈送交流电流;二是投入的子模块电容通过IGBT T1进行快速放电。二者都会导致直流侧电流急剧增大，T1和D2都要承受过流，可能会造成器件损坏。IGBT封锁后，电容放电回路切断，故障点电流也由两部分组成：一是交流侧馈入的交流电流，二是桥臂电感的放电电流，此时只有D2承受过流，过流程度不会超过闭锁前，一直持续到交流侧断路器动作，切断交流电流，电感续流，逐渐降为0。由此可见，HBSM不具备直流故障自清除的能力，因为与全控器件反并联的二极管会构成故障点与交流系统直接相连的能量馈送回路，并且是不可控的[16]。这对整个系统来说无疑很危险。
对于CDSM来说，发生直流侧故障后，在所有IGBT动作前，分析同上文HBSM。但在所有IGBT(包括T5)闭锁后，由于二极管的钳位作用，CDSM电流通路分为iSM>0和iSM<0两种情况，如图6所示。假设交流侧可以向直流侧馈入故障电流，此时应为iSM<0这种情况，在这种情况下，上下桥臂中的CDSM相当于一个子模块电容电压和二极管串联接在电路中，如图7所示。假设每个桥臂有N个子模块，等效图及其ab相相间电流通路如图8所示。
以ab相相间回路为例进行分析，要想电路中有电流，必须满足：
而正常工作时，调制度小于等于1，所以直流侧电压要大于2倍的相电压峰值，即
式中：Um为相电压峰值;Uabm为ab相线电压峰值。
由式(1)和式(2)可知，交流侧与换流器之间没有电流流通，从而故障后交流侧不会向直流故障点馈入交流电流。实际上，由图7和图8可以看出：所有IGBT闭锁后，桥臂中的电流为电感放电电流，其通过二极管向子模块电容充电，并迅速减小，当电感中的能量全部转化为子模块电容的能量时，电流减小为零，电容电压达到最大，换流器进入完全闭锁状态，从而实现了无需断开交流断路器，换流器就可自己清除直流故障电流的目的。并且，由于子模块电容虽然在IGBT闭锁前进行了放电，但在IGBT闭锁后，故障电流对其进行了充电，电容电压不会降到很低水平，从而对于故障后的再启动非常有利。通常情况下，系统会进行再启动，若能建立直流电压，则为暂时性故障且故障已清除，若不能建立直流电压，可尝试多次重启，若启动次数大于规定启动次数(如2次)，则定为永久性故障，应停运系统，进行故障检修。
4 仿真验证与分析
为了验证上述结论，在MATLAB/Simulink下分别搭建了21电平的HDSM-MMC和CDSM-MMC的整流器单端系统仿真平台，并将它们的仿真结果进行对比。
本文采用了文献[17]所述的最近电平逼近调制和电容电压排序的电容均压控制策略。仿真参数如表2所示。
本文仿真的故障情况是：对于HBSM-MMC,0.1s时，直流侧发生双极性短路故障，0.100 2s时，换流器闭锁，0.3s时断开交流侧断路器;对于CDSM-MMC,0.1s时，直流侧发生双极性短路故障，0.100 2s时，换流器闭锁，0.15s时故障清除，0.2s时系统重新启动。
0.1s之前，系统正常工作。从图9—图13中可以看出，两种拓扑结构的仿真结果基本一致：直流侧输出电压稳定在40kV，交流侧电流基本为正弦波，稳压效果较好，谐波含有率也较低。0.1s时，系统发生直流侧双极短路故障。由图9可知，在发生短路故障到IGBT闭锁前的这0.2 ms时间内，HBSM-MMC和CDSM-MMC的电容电压都在降低，这是由于功率器件闭锁前电容快速放电所致;功率器件闭锁后，HBSM电容电压停在了闭锁前的电压水平，而CDSM-MMC的电容电压却有所上升，这是故障期间电容被故障电流充电所致，这对故障清除后系统能够重启动并建立直流电压非常有利。
图10为两个换流器直流侧输出电压，CDSM在重启动后可以建立直流侧电压。结合图11和图12可以看出：CDSM确实能够在功率器件闭锁后切断交流侧向故障点的能量馈送回路，交流电流为0;HBSM故障期间电流变大，这是由于交流系统通过反并联二极管与故障点形成了不可控的能量馈送回路，HBSM故障后桥臂电流先是振荡着衰减，后达到稳定故障状态，这和文献[15]分析一致(实际情况在未达到稳定故障状态之前交流断路器已断开，本文为使故障后状况更加清楚，将此时间延长了)，当0.3s交流断路器断开后，桥臂中交流电流成分变为0，桥臂电抗续流，直到最后变为0;故障期间HBSM桥臂电流和直流侧电流都会形成过流，这在设计换流器的器件参数时都要予以考虑，否则会造成器件过流损坏，而CDSM在故障后回路电流为0，不会形成器件过流问题。故障清除后，CDSM换流器可以重新启动，恢复到故障前的正常运行状况。由此可见，CDSM具有直流侧故障自清除和自恢复的能力。
5 结语
CDSM-MMC具有现今普遍被接受的HBSM-MMC的所有优点，并且解决了HBSM所不能解决的直流侧故障电流问题，相较于也具有直流侧故障自清除能力的基于FBSM的MMC而言，它所用的器件将近要少一半，非常经济，并且其控制策略可完全移植现在已研究非常成熟的HBSM-MMC的控制策略(只要多加一个功率器件T5的控制)。对于易发暂时性故障的架空线路和多端的HVDC输电网络，当一端发生直流侧故障，必须快速断开这条分支，以保证其他分支之间的电力传输能够正常进行[18]，若换流器没有直流侧故障清除能力的话，只能断开交流断路器，这将导致整个系统停运，损失将会很大。而由以上内容可以看出，CDSM-MMC网络正好具有这种能力，能够快速切断故障端，保证整个系统的正常运行。
水垢清除方法 篇2
1. 碱洗法
其步骤为:1) 启动发动机, 中速运转让水温升到50℃以上时熄火, 放尽冷却水;2) 在20 kg水中加1.5 kg烧碱和0.5 kg煤油配制成清洗液, 注入水箱;3) 启动发动机, 中速运转5~1 0 m i n, 停车静止1 0 h;4) 再启动发动机, 控制油门令转速时快时慢, 使产生水流冲击波, 让水垢或沉淀物悬浮, 运转5~10 m i n后, 放尽清洗液;5) 将清洁的软水加入水箱, 启动发动机, 中速运转5 i m n后放尽清洗水, 重复2~3次。
2. 酸洗法
如何彻底清除手机数据 篇3
专家表示, 如果想要保护废旧手机中的隐私有3种办法:第一, 利用无用信息覆盖原有信息 (比如大量拷贝覆盖视频歌曲等) , 这样即便恢复, 也只能恢复出垃圾信息的内容, 但是操作起来比较烦琐, 需要覆盖的点太多;第二, 使用具备内容粉碎功能的安全软件, 将旧手机信息安全转移到新手机, 将旧手机的数据全部粉碎, 然后全盘删除, 这样就能确保旧手机隐私信息不会被恢复;第三, 利用第三方刷机软件, 多次刷机操作。
但这几种办法都不能完全彻底清除手机数据, 所以可以尝试几种办法同时使用, 不过是个费力的技术活, 或许正规合理的回收渠道才是真正的解决之道。