多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

一种新型混合式高压直流断路器的控制保护策略

以基于耦合负压电路强迫换流的新型混合式高压直流断路器为研究对象,介绍了该新型直流断路器的电路拓扑、工作原理,设计了高速光纤通信的模块化控制保护系统和基于高速故障检测的电流、电压及时间相结合的控制保护策略,详细分析了断路器的分闸、合闸控制时序流程及相应的自身各类快速故障保护。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了该断路器控制保护策略的仿真模型,仿真结果表明采用该控制保护策略的断路器可有效开断直流电流、故障清除速度快、开断过程中动态特性良好及各部分电力电子器件均得到可靠保护,验证了提出的新型混合式直流断路器的控制策略和故障保护策略的正确性及可行性。     

具备重合闸功能的经济型直流断路器研究

为解决机械式直流断路器不易实现快速重合闸、开断小电流不易判别方向等技术难题及混合式直流断路器成本较高的问题,该文提出了一种具备重合闸功能的经济型直流断路器拓扑。首先,结合该拓扑工作方式研究了电流基于电弧电压自然转移与基于电力电子器件强迫转移的原理;其次,根据实测参数建立系统模型,仿真了故障电流、负荷电流及小电流的开断过程,验证了不同电流的开断性能;最后,针对原理样机进行开断试验,验证了该方案的可行性。研究结果表明:该方案可实现40 ms内快速重合闸、3 ms内截断故障电流等功能,且减少了电子电子器件应用数量,为经济型直流开关设备的研究提供一种新的思路。     

适用于柔性直流电网的新型多端口混合式直流断路器

混合式直流断路器(HCB)是柔性直流电网直流侧故障隔离的优选方案,但是HCB高成本限制了其大规模应用的可行性,此外架空线路较高的故障概率要求HCB具备自适应重合闸功能。为此,提出了一种适用于柔性直流电网的新型多端口HCB,分别给出了其在故障隔离和自适应重合闸阶段的控制策略,详细分析了其工作原理和内部动态过程并推导了关键参数的设计方法。不同工况下的电磁暂态仿真和物理实验结果表明,该直流断路器能够通过多条直流线路共用昂贵的主断开关大幅降低制造成本,通过旁路故障线路及其上的限流电抗器降低避雷器的耗能时间和容量需求,并且具备控制简单、易于实现的自适应重合闸功能。     

基于DSP的智能断路器合闸线圈保护装置

针对电网公司运行的高压断路器合闸线圈长期频繁故障,导致损失电网负荷,增加电网运行风险,降低供电可靠性的现象,研发了一种基于DSP的新型智能断路器合闸线圈保护装置。相对于传统的断路器合闸线圈保护装置,采用了单独的外接式电源,通过程序智能的判断断路器的运行状态,当断路器发生故障或者不满足合闸要求时,保护装置智能的切换断路器的控制回路,以达到保护合闸线圈的目的。此外,装置完全独立于断路器的控制回路,对原断路器的控制回路不造成任何干扰。即使保护装置发生异常,也不会对断路器的正常运行造成影响。     

断路器状态在线分析技术

为了解决传统的断路器离线检修方法不能准确了解其在工频电压下的工作状态的问题,在分析了解断路器操作机构原理的基础上,利用交流钳式TA测试其分、合闸时间;利用电压探头测试其动作过程中直流电源电压波形;利用直流TA测试其直流控制回路电流波形;用纵向比较法、横向比较法、标准图谱法分析直流回路电流图谱。分析表明不同的故障类型有它典型的故障图谱,比较所测故障图谱和标准图谱可较早发现断路器机构故障。某变电站应用此法实现了快速锁定故障目标,说明提出的断路器状态在线分析技术能够测试其开合闸时间和较好反映其运行状态。     

基于混合式直流断路器的柔性直流电网快速重合闸策略

基于混合式直流断路器(hybrid direct current circuit breaker, HDCCB)保护的柔性直流电网在故障清除之后,需要对故障线路进行快速重合闸操作。在直流系统被孤立的换流站重合闸于故障清除状态的故障恢复期间,会有较大的功率波动导致重合闸过程中功率恢复缓慢,不能满足直流电网快速重合闸的要求。该文首先基于HDCCB的拓扑结构提出重合闸操作时间最短的快速重合闸操作流程。然后基于直流电网的控制系统,从直流电网的故障开断过程出发,揭示了在直流电网重合闸过程中功率波动的原因,并且提出了优化之后的快速重合闸策略,以实现直流系统重合闸于故障清除状态时功率的快速恢复。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建5端柔直系统进行仿真,结果表明所提出的快速重合闸策略能够有效地抑制孤立换流站在重合闸于故障清除状态时故障恢复过程中的功率波动,缩短重合闸恢复时间50%以上,提高直流系统的输电可靠性。     

基于级联全桥型直流断路器的直流配电网自适应重合闸方案

柔性直流配电网是配电系统的重要发展方向,可以采用电缆和架空线2种方式组网。鉴于架空线路瞬时性故障多发的特点,基于架空线的柔性直流配电网应配备有效的自适应重合闸方案,以提高供电可靠性。为实现这一目标,从断路器线路端电压与电流的相位差异特征出发,提出一种基于级联全桥型直流断路器控制的自适应重合闸方案。首先,通过断路器转移支路的主动控制产生一定频率的故障检测电压;进而,根据断路器线路端电压电流在对应频率下相位特征的差异,区分瞬时性和永久性故障,并进一步分析了过渡电阻等因素的影响;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了柔性直流配电网模型,验证了所提自适应重合闸方案的可行性和有效性。     

换流站交流滤波器选相分合闸状态监视方法

换流站交流滤波器一般配置选相分合闸装置,而选相分合闸装置出现故障,会造成滤波器投入失败或引起直流输电系统换相失败.提出一种交流滤波器选相分合闸状态监视的方法,对滤波器投入时刻的断路器合闸顺序和流过滤波器组的电流进行监视,提前预判选相分合闸装置的不正常运行状态.该监视方法基于故障录波文件,可靠性高,实现方便.     

基于行波主频率跃变的柔性直流电网自适应重合闸策略

高压直流架空输电线路受外界环境的影响,发生瞬时性故障概率较高.研究适用于直流系统线路故障后的快速恢复策略对保障电网的可靠运行具有重要意义.多端直流系统多采用直流断路器实现线路故障的隔离与恢复,但现有直流断路器重合闸策略存在重合于永久性故障时对直流系统造成二次冲击的问题;此外,该类方法均需配置固定延时的去游离.针对上述问题,提出了一种可识别故障性质与故障消失时刻的自适应重合闸策略.揭示了不同故障性质下行波传播主频率的变化特征;研究了行波在故障端口不同模域间的交叉传播机理,结合相模变换,论证了基于相域电压行波识别故障性质的可行性;提出了适用于配置直流断路器的柔性直流输电系统线路故障自适应重合闸策略,分析了影响该算法的相关因素,包括故障电阻、燃弧间隙长度以及噪声,并在PSCAD/EMTDC中验证了该算法的有效性.     

新型组合式直流断路器拓扑及其性能分析

基于强迫换流原理的混合式直流断路器具有速动性良好、可低损耗经济运行的优点,但应用于大规模的柔性直流电网时造价高、经济性差。组合式直流断路器的拓扑,通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分,可以有效降低断路器的一次造价,但现有的组合式断路器在任一线路故障动作时存在主断开关接地过程,同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能。为此,提出一种新型的组合式直流断路器拓扑,分别分析了其在正常运行时分闸、合闸,线路故障时分闸、重合闸与快速机械开关失灵时动作过程的工作原理,同时对新型组合式直流断路器拓扑的可靠性、适应性等问题进行了分析并给出相应的应对策略。最后在PSCAD/EMTDC软件上对所提组合式断路器的性能进行了仿真分析与验证。     

基于CEEMDAN样本熵与FWA-SVM的高压断路器机械故障诊断

针对振动信号判别断路器机械故障过程受干扰影响的特征提取问题,提出一种自适应白噪声完整集合经验模态分解(CEEMDAN)与样本熵相结合的故障特征提取方法。通过CEEMDAN提取若干反映断路器操动过程机械状态信息的本征模态函数(IMF)分量,依据各IMF相关系数与能量分布,将前7阶IMF分量进行小波包软阈值去噪,计算其样本熵作为特征量,最后采用基于免疫浓度思想的烟花算法(FWA)优化支持向量机(SVM)分类器,对断路器不同运行状态进行分类识别。实验结果表明:基于CEEMDAN样本熵特征对于信号干扰不敏感,FWA-SVM诊断方法对于高压断路器分闸操动过程故障辨识效果良好。     

基于多端口混合直流断路器的LCC-VSC混合多端直流输电系统故障清除方案

混合多端直流输电系统是解决大规模新能源送出和消纳的有效手段之一,快速有效的故障清除方案是保证其安全稳定运行的关键。然而,已有的基于换流器自清除的故障清除方案会导致健康换流站短时停电,而借助直流断路器的故障清除方案存在实施成本过高的问题。为此,提出一种二极管桥式多端口混合直流断路器拓扑,以一个三端混合直流系统为例设计了基于该多端口混合直流断路器的故障清除方案。所提出的故障清除方案在送端采用LCC移相控制实现故障的清除和换流器重启,在受端汇流母线处采用二极管桥式多端口混合直流断路器实现直流故障快速清除和重合闸。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方案的有效性,并与已有的技术方案进行了对比。结果显示,所提方案在保证故障快速有效清除的同时,能够减少在混合多端直流系统中使用断路器的经济成本。     

具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器

针对多端柔性直流电网的故障保护和潮流控制问题,该文提出一种具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器,由通流支路、主断路器支路两部分构成。当系统正常稳态运行时,该断路器具有潮流控制功能,可用于调节支路潮流;系统发生故障后,相当于混合式直流断路器,用于切断故障电流。建立了具备潮流控制功能的多端口混合式直流断路器拓扑,阐述了稳态和暂态运行机理,并进行经济性分析。最后,在PSCAD仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证了所提拓扑在潮流控制和故障切除方面具有良好的性能。     

混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析

混合式高压直流断路器(DC Circuit Breaker, DCCB)的本质是分断故障电流。分断暂态过程中的电气参数是决定断路器分断性能的核心所在。在分析DCCB拓扑结构的基础上,将断路器分断暂态过程划分为三个阶段。通过建立带DCCB的直流电网故障等效电路和断路器分断各暂态阶段的系统级等效电路,来分析分断过程中断路器自身的暂态特性。将断路器自身参数与直流系统参数联合起来,分别对断路器的两次换流过程进行详细分析。建立了断路器分断电流、暂态电压和开断时间的数学模型,推导断路器分断全过程中的分断电流以及最大暂态电压的计算表达式,并分析了断路器参数对分断性能的影响情况。利用PSCAD/EMTDC软件,搭建系统级混合式DCCB仿真模型,验证了所建立的断路器暂态模型的正确性及参数选取对断路器开断性能的影响。     

基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器

随着直流电网技术的广泛运用,直流断路器作为关键保护设备已成为相关领域研究重点.提出一种基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器,具有通态损耗低、经济性良好、重合闸速度快等优点.首先,提出新型断路器的拓扑结构及动作策略,通过电压钳位原理切除故障,而后利用LC振荡关断支路晶闸管;其次,分别对母线和线路故障进行解析推导,进而针对其关断过程设计参数;最后,利用PSCAD/EMTDC中的三端直流电网模型验证其有效性与适用性,并分别对两种故障仿真加以分析,通过故障电流、系统电压及支路电压对比分析等验证该断路器可代替多个常规断路器,减少了主断路器需求.     

500kV断路器机构控制回路双重化改造分析及应用

鉴于500 kV断路器不能快速切除故障将存在直流换相失败的风险,二次系统必须满足"N-1"要求。阐述了某500 kV断路器机构控制回路的原理和不足,结合现场对其双重化改造进行分析,并提出了施工改造调试过程中的注意事项。建议在新投或者技改工程中,对断路器厂家严格要求其第一、二路分闸回路在电气方面的独立性,保障电网的安全稳定运行。     

基于MMC的中压直流配电网极间短路故障保护策略

近年来基于模块化多电平换流器(MMC)的直流配电网得到快速发展,但因其直流线路极间短路电流上升速度快,电力电子器件耐流能力差等原因,直流侧故障保护成为了亟需解决的问题。针对这一问题,考虑半桥型MMC(HBMMC)和全桥型MMC(FBMMC)2种不同的拓扑结构,分别分析中压直流线路极间短路情况下的故障特性并推导了故障电压电流的解析表达式。对于HBMMC提出一种桥臂限流模块和直流断路器配合的保护策略,解决了故障电流衰减缓慢和稳态电流过大的问题,降低了对直流断路器开断能力的要求。利用FBMMC子模块的故障电流自清除能力,提出一种改进的基于换流器解锁的快速恢复保护策略,减少瞬时性故障的系统停运时间。最后结合实际工程参数,在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了保护策略的有效性和实用性。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

A DC fault handling method of the MMC-based DC system

The flexible DC system based on the modular multilevel converter (MMC) has a good development prospect. However, the DC fault handling is still a technical difficulty since the large capacity DC circuit breaker technology and its engineering application are not yet mature. Therefore, the converter-based fault isolation method is widely discussed. One typical idea of the converter-based isolation methods is to create a symmetrical short circuit at the AC system artificially after a DC fault, so the ac-side source could be separated from the DC fault point and the DC fault current can decay to a very small value naturally, which is represented by the double-thyristor switch scheme (DTSS). This paper analyzed the feasibility of the converter-based fault isolation method, including the isolating speed, influence on the ac-system protection and restart of the system. After that, the improved DC fault handling method by introducing damping modules was proposed, which could accelerate the DC fault isolating speed, avoid the maloperation of the ac-system protection and guarantee the fast restart of the system. Finally, the simulation cases based on the PSCAD/EMTDC are carried out to verify the superiority of the proposed scheme.