混合直流系统中基于平波电抗器与限流电抗器参数优化的限流策略

直流线路正常运行过程中,平波电抗器可以减小电流纹波。当直流线路发生故障时,限流电抗器的快速投入可以抑制故障电流的上升速度。因此,考虑限流电抗器与平波电抗器的协同,不仅可以抑制故障电流的上升速度,而且能够降低直流断路器的切断容量。然而,受到投资成本和系统动态特性的制约,平波电抗器与限流电抗器的电感容量需要保持在合理的范围内。因此,对直流输电系统中平波电抗器和限流电抗器的容量进行优化配置,在保证限流能力的同时降低投资是十分有意义的。首先,建立了交直流混联系统的故障等效模型,并分析直流线路发生双极性短路时两端故障电流的特性。其次,建立了平波电抗器和限流电抗器的优化配置数学模型。最后,基于MATLAB仿真试验对所提限流策略进行了验证。     

基于电压源换流器的柔性配电系统故障限流方案

基于电压源换流器的直流配电系统故障线路电流因电容放电而迅速上升,换流器中大量电力电子器件使系统对故障隔离时间提出较高的要求,而故障限流器接入直流系统不仅能限制直流侧故障线路电流,还能限制交流侧以及换流器中的电流。从系统整体限流的角度出发,提出一种基于全控型晶体管的新型限流模块,根据两极短路的故障暂态过程对限流原理进行详细分析,并给出限流模块参数选择的一般原则及其理论计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,通过大量的仿真测试、对比,验证该限流方案的有效性。     

多端直流输电系统中限流电抗器配置研究

多端直流电网的故障暂态发展极快,因此在实际工程中一般需要配置限流电抗器来抑制故障电流的上升。但是,限流电抗器的配置在限制故障电流的同时,也会对非故障的部分产生影响,因此文中对多端直流输电系统中限流电抗器的配置进行了研究。建立了多端直流输电系统的故障计算模型,并给出了包含断路器各动作阶段的系统状态量的计算方法;分析了多端直流输电系统中限流电抗器的配置需要考虑的问题;以四端直流输电系统为例,针对不同的限流电抗器配置情况下的直流系统故障过程进行了仿真计算,并根据计算结果分析了限流电抗器对系统最大故障电流、换流站闭锁情况、直流母线过压情况和过电流衰减时间等问题的影响。     

一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路的研究

基于电压源型换流器的高压直流输电系统的故障电流幅值大、上升速度快,现有直流断路器的故障电流开断容量和开断速度受到很大挑战.提出一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路,利用饱和铁心型超导限流器及限流电阻共同作用实现阻感复合限流,并借助吸能电阻达到加速故障电流清除、缓解直流断路器开断压力的目的.根据直流故障暂态特性...     

计及换流站闭锁的多端直流系统限流电抗器优化配置策略

多端直流系统故障电流上升速度快,仅靠直流断路器无法可靠隔离故障,需要配置故障限流器降低故障电流上升速度.目前,多端直流系统故障限流器配置方法大多未考虑故障后换流站闭锁的情形.文中提出了一种计及换流站闭锁的多端直流系统限流电抗器(CLR)优化配置策略,给出了换流站闭锁方案,以减小换流站闭锁对交流电压的影响.提出用于优化配置分析的故障位置选取方法,可以获得最严重故障场景,从而保证了最终的CLR配置方案最优.基于柔性四端直流系统,详细分析了2种不同场景下CLR的优化配置.结果表明,所提策略能够得到不同换流站闭锁情形的CLR优化配置方案,可为实际直流电网工程的CLR配置提供参考.     

限流电抗对某±10kV三端柔性直流配电系统保护动作时间影响的研究

为了满足直流断路器的开断容量,通常在系统中串接限流电抗器来降低故障电流,但会改变系统的故障特性.针对某±10kV三端柔性直流配电系统开展限流电抗器参数对系统保护动作时间影响的研究.在PSCAD中建立其仿真模型;通过保持系统保护配置不变,只改变限流电抗器参数来仿真分析限流电抗值对换流站和直流变压器保护动作时间的影响.研究...     

多端直流电网限流电抗器的优化设计方案

针对多端直流(MTDC)电网中限流电抗器的配置问题,提出了一种通用的优化设计新方案。该方案以系统配置的限流电感总和最小为优化目标,综合考虑了直流断路器、换流站闭锁和保护需求的约束条件,采用优化算法确定了限流电抗器的全局最优配置。该设计方案减小了限流电感给系统带来的不利影响,并能够保证系统在故障穿越期间能够连续、可靠地运行。由于在优化过程中采用了短路电流近似计算模型,从而大大提高了优化效率。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建三端模块化多电平换流器(MMC)型直流电网,仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

考虑直流电抗器的电容型限流器特性及优化配置

直流电网故障电流抑制已成为相关领域必须面对且亟待解决的重要问题之一。现有的故障抑制方法大多采用单一元件,为充分抑制故障电流的上升速率与峰值,文中提出了综合直流电抗器和电容型限流器特性的故障抑制及优化配置方法。首先,基于模块化多电平换流器的故障等值电路,从抑制原理和动作时序2个角度分析了安装故障限流器的必要性;其次,计算分析了电感和电容对故障电流的抑制特性,并将等值电路和求解方法推广到直流环网中,以故障电流和直流电抗器为目标构建了优化配置模型;最后,将优化结果应用于PSCAD/EMTDC仿真模型中,与仅使用直流电抗器相比,该配置结果可进一步减小40%的故障电流且并未延长故障切除时间,表明综合使用直流电抗器与电容型限流器能够大幅度减小故障电流,降低直流断路器的开断容量。     

适应于基于MMC的直流配电网极间故障保护控制策略∗

对模块化多电平换流器 (ModularMultilevelConverter,MMC)直流极间故障的动态特性进行了较详细的分析,并提出基于电流变化率的保护控制启动,通过电流的变化率检测投入电阻限流器实现直流双极短路无闭锁故障穿越,由直流断路器切断故障电流的保护控制策略.该方法是在故障电流识别之前,即加入限流设备,超前于故障识别的主动限流控制方法.最后使用实时仿真系统 ( 策略在极间故障情况下的有效性和准确性.     

基于瞬时频率的电压源变流器开路故障检测方法研究

针对电压源变流器中功率器件的开路故障问题,通过分析变流器三相电流的固有模态分量特征,提出了一种基于瞬时频率的变流器开路故障检测方法。首先采用经验模态分解理论获取三相交流电流中的开关模态分量。然后通过希尔伯特变换得到开关模态分量的瞬时频率,利用开路故障前后开关模态分量瞬时频率特征变化对功率器件的开路故障进行检测。最后在PSCAD/EMTDC中搭建柔性直流互联系统仿真模型进行了验证。仿真结果表明,利用开关模态分量瞬时频率特征能够在几个开关周期内快速地检测出单个或多个故障功率管,而且在功率调整和潮流反转时具有较好的动态检测性能。     

受端混联LCC-VSC特高压直流输电系统故障穿越方法

针对受端由电网换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）级联的混合直流输电系统中VSC在交流故障穿越时子模块过压的问题,文中提出在受端VSC直流侧安装耗能设备以抑制VSC子模块过压的方法,对比分析了基于直流斩波耗能电阻、泄流晶闸管和可控避雷器3种耗能设备的交流故障穿越原理及策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了包含工程实际控制保护主机程序的受端混联LCC-VSC特高压直流仿真模型,对比分析了3种耗能设备的交流系统故障穿越特性,结果表明在受端VSC直流侧安装耗能设备可以有效抑制子模块过压,实现交流故障可靠穿越。其中可控避雷器方案具有控制原理简单、可靠性高等优点,更适用于受端混联LCC-VSC特高压直流输电系统。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

三相电压源型换流器故障耐受能力分析与评估

三相电压源型并网换流器由于含有大量电力电子开关器件及相应控制环节,是一种强非线性系统。在交直流混合系统中受到电网侧故障或直流侧负载变化等扰动影响,大容量换流器将产生复杂的响应行为,给电网带来难以预计的影响。文中考虑电网中三相电压暂降的典型故障,基于平均模型分析了三相电压源型换流器电流环的非线性特性。在此基础上,根据李雅普诺夫稳定性判据分析了故障前后换流器的稳定性,并以故障深度和故障持续时间为指标对换流器故障耐受能力进行评估。最后,通过并网系统的逐周期仿真验证了理论分析和计算的有效性。     

Effects of VSC based HVDC system on distance protection of transmission lines

The priority to reactive power contribution from the Voltage Source Converter (VSC) based High Voltage Direct Current (HVDC) connection to support the grid during faults as suggested by the modern Network Code (NC) for HVDC affects the distance protection of transmission lines. Moreover, suppressing the negative sequence current during an unbalanced condition also interferes with the proper operation of the distance relays. This is because the current contribution from the converter is limited in magnitude and modified in the waveform in order to protect the power electronic devices during the fault in comparison to the synchronous generator fault current characteristics. This paper discusses the cause as well as the severity of the problems faced by the distance protection of transmission lines connected to the VSC based HVDC system by analyzing the apparent impedance analytically and in the simulation. The response of the relay to balanced and unbalanced faults lying on transmission lines is investigated. It is shown that the VSC limited reactive support and suppressed negative sequence current affect fault detection, forcing the relay to malfunction. The results of this paper can be used as a reference for understanding the effects of VSC-HVDC system on the operation of the distance protection during faults.     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

DC Fault Clearing Characteristics of a Bulk Power VSC HVDC Transmission System using DC Circuit Breakers

Development of wind power generation resources is considered in Japan. However, long‐distance transmission lines are necessary to utilize the wind power because most of the wind power resources are distant from load centers. A voltage source converter based high voltage dc transmission (VSC HVDC) system is an option to realize their effective use. A VSC HVDC system equipped with dc circuit breakers has been considered to clear the dc line faults promptly. However, the fault clearing characteristics by the dc circuit breakers have not been analyzed very well for the system with the long distance overhead transmission line. This paper focuses on a fault clearing in the VSC HVDC system with long‐distance overhead line by the dc circuit breaker using a new fault detection method. A 2.4‐GW bipolar VSC HVDC system with 600‐km overhead transmission line is modeled and its operation performance is verified by computer simulations. The simulation results demonstrate the detailed fault clearing characteristics with the long transmission line. Moreover, specifications required for the dc circuit breakers are considered in terms of operation delay, peak current, and absorbed energy.     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

新型具有限流功能多端口高压直流断路器拓扑

直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)是提高直流电网安全稳定运行的关键设备。针对现有的DCCB投入的数量多导致成本过高、短路故障时电流过大、避雷器吸收能量过多等问题,提出了一种新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑(multi-port DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构研究其性能,对新型拓扑的工作原理、故障分断过程进行理论分析,并给出相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型,并进行验证。与常规DCCB方案相比,故障电流减少了48.6%;避雷器上吸收能量、关断电流和关断时间分别减少了54.8%、52.4%和0.8 ms。该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑可适用于当前直流电网。