柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

利用电容主动放电脉冲的直流配电网故障选线方法

为提高柔性直流配电网的供电可靠性,且在直流线路发生单极接地故障时配电网能够带故障持续运行一段时间,分析了小电流接地方式下电压源型多电平换流器与模块化多电平换流器的单极短路故障通路,计算验证了暂态故障电流的变化特征,由此提出利用两电平换流器直流集中电容在单极故障时控制其暂态放电脉冲的主动式故障选线方法,该方法无需增加外部信号注入设备,即可实现主动式故障选线,尤其适合于结构复杂、分支线路多且线路长度短的柔性直流配电网。最后,在PSCAD/EMTDC中建立典型柔性直流配电网仿真模型,仿真结果表明,所提方法能够准确实现对柔性直流配电网的单极短路故障选线。     

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究

结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护配置和直流线路故障定位方法。首先根据实际工程的电路拓扑结构,明确了柔性直流配电网保护区域的划分方法。其次结合MMC换流器及直流配电网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。最后针对直流线路"T"接负荷与微电网的特点,重点介绍了直流线路单极故障、双极故障及断线故障的保护配置和故障定位方法。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于MMC的直流配电网仿真模型,通过仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。     

柔性直流配电网控制保护系统设计与策略研究

随着多端柔性直流技术以及直流断路器技术趋向成熟,直流配电网受到越来越多国家的关注。柔性直流配电网内换流站的控制保护系统需要满足多端柔直变电站间协调控制、直流配电线路故障检测与保护、故障动作后的系统快速恢复运行等新要求。直流配电网及其工程化应用研究目前还较少,国内外均处于起步阶段,还存在大量的理论与技术问题有待解决。文章在传统交流配电网控制保护系统设计的基础上,提出柔性直流配电网换流站控制保护系统设计方案以及实现多换流站间协调控制策略和保护分区方案;通过站内直流线路保护,实现直流线路故障快速隔离及恢复。提出的柔性直流配电网控制保护系统整体技术方案,可为同类工程提供借鉴。     

基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略

为快速识别并隔离直流极间故障、实现多端直流配电网的极间故障快速恢复,提出了一种基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。研究了由半桥式模块化多电平换流器组成的环形多端直流配电网极间故障暂态特性,并结合目前典型的保护配置、故障选线及控制方法,形成一种基于直流断路器重合闸的控制保护一体化协调配合策略。各保护区内的快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;控制保护一体化装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器、解锁已经闭锁的换流器,在新拓扑结构下实现直流极间故障的快速恢复。最后在PSCAD/EMTDC软件下搭建了六端柔性直流配电网仿真模型并测试了极间故障隔离及恢复特性,验证了所提方案的可行性。     

多端柔性直流故障快速恢复系统控制策略

介绍了多端柔性直流输电工程技术改造的配置方案,该方案采用直流断路器、桥臂阻尼的混合配置,实现多端柔直的直流故障快速恢复。基于直流断路器的分断原理、桥臂阻尼衰减电流的原理,设计了故障选线策略,适用于双极短路故障和单极接地故障。基于配置方案中的各个设备及故障选线策略,设计了直流故障时快速恢复的时序,并结合舟山五端柔直的实际拓扑,对舟山五端柔直区域进行划分,合理实现健全站的快速恢复。利用舟山柔直实际控保装置和RTDS设备组建仿真系统,验证故障选线及快速恢复功能,最后在舟山五端柔直工程现场模拟线路故障,验证了故障快速恢复策略的正确性。     

基于电容放电特征的柔性直流配电网线路保护方案

针对换流设备直接接入直流母线的双端柔性直流配电网的保护配置问题,提出一种基于单端电气量的线路保护方案。首先分析了双端柔性直流配电网的直流线路故障特征,其次重点分析了处于不同母线处的换流器并联电容之间的放电特征差异。结合该差异设计出能够有效识别故障区域、在5 ms内隔离故障的主保护。同时为解决主保护可能存在检测失败的问题,设置了利用过电流判据以及动作延时的后备保护方案。最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型验证了所提方案的有效性。     

超导直流输电技术发展现状与趋势

本文结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护方案及故障定位方法。根据实际工程的电路拓扑结构,明确了保护区域的划分方法。同时结合MMC换流器及直流配网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。着重介绍了直流线路单极故障、双极故障的保护配置方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。最后介绍了保护装置的实现形式,并通过保护与控制之间的相互配合,形成了自适应的柔直配网保护系统。     

基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。     

常规三端直流输电系统直流线路保护策略简析

常规三端直流输电系统可提供更大的输送容量、更灵活多样化的运行方式,并能实现不同送端送电资源的合理调配.其中直流线路保护是常规三端直流与两端直流保护系统中差异化最大的部分,需适应三端直流输电系统灵活多样的运行方式、故障线路选线等关键问题.探讨禄高肇直流工程直流线路保护整体方案、保护配置及对三端直流输电系统关键问题的适应性分析等内容,最后根据工程情况提出运维建议.     

柔性直流配电网系统操作过电压的研究

操作过电压严重影响着柔性直流配电设备的安全运行,对其产生机理进行研究具有重要意义。以±10 k V柔性直流典型配电网为例,详细分析了交流侧区域、换流器区域和直流线路区域可能发生的各类故障,包括交流单相接地、阀底接地、阀顶接地、阀顶极间短路、桥臂短路、直流断路器误动作、线路单极接地和线路双极短路等故障类型,深入研究了各类操作过电压的产生机理。在系统控制保护和配置避雷器的基础上,详细统计了系统关键位置及设备的最大过电压水平。研究结果可为柔性直流配电网后续绝缘配合的研究提供参考。     

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。     

基于RT-LAB的柔性直流配电保护系统的硬件在环测试

基于PSCAD/EMTDC等纯数字仿真软件对柔性直流配电保护系统进行的研究不能真实模拟保护装置的响应特性、也不便于保护方案的开发和扩展。鉴于此,通过实时数字仿真器RT-LAB以及保护装置的无缝连接,在国内首次搭建出基于深圳典型四端柔性直流配电网的硬件在环测试平台。该平台采用独有的e HS技术解决了实时模拟高频直流变压器的难题,可显著提升测试的时效性和实用性,具有较高的置信度。利用该平台对柔性直流配电网的三种典型故障进行了硬件在环故障测试,验证了所配置保护策略的性能。结果表明:所配置的保护方案功能全、性能好,在故障时动作准确可靠,无死区;实验结果可以直接应用到一次动模实验中,可为柔性直流配电工程的建设研究提供参考。     

柔性直流换流变压器保护配置方案及试验技术研究

柔性直流输电具有灵活变换运行方式、独立控制有功功率和无功功率等诸多优点。换流变压器作为柔性直流输电工程的核心功率器件,其可靠运行是柔性直流输电系统稳定、安全且高效运行的基础。首先介绍了厦门柔性直流输电工程换流变压器的一次接线方式、换流变压器保护配置方案和"三取二"逻辑的实现方案并总结了该实现方案的优点,接着研究了换流变压器保护的整个现场校验方案及试验技术。研究成果对其他柔直换流变压器的试验方案及试验技术具有借鉴作用。     

直流配电网继电保护研究综述

正研究直流配电网的故障情况及继电保护有利于促进直流配电网的可靠稳定运行,对城市配电网的建设具有重要意义。概述了国内直流配电网继电保护的研究现状,总结了国内在直流配电网的故障特征、保护原理和保护配置等方面的相应研究,并对直流配电网继电保护技术的研究方向进行展望。     

基于主动限流控制的直流配电网保护及故障隔离方案

柔性直流配电网中直流故障易引起系统过流,严重威胁电网的安全运行。基于全桥子模块的模块化多电平换流器(FBSM-MMC)的柔性直流配电网大多利用MMC闭锁来切断故障电流,但其闭锁会导致整个直流配电网的短时停电,降低供电的可靠性,迄今尚无有效的解决方案。对此,文中提出一种基于FBSM-MMC主动限流控制的柔性直流配电网保护及故障隔离方案,共包含3个阶段:故障发生后首先利用MMC主动限流控制将换流器输出直流电流限制在1.2倍额定电流附近(阶段1),进而根据各条线路两端直流电流是否具有同步性过零特征实现故障线路的识别(阶段2),在此基础上,进一步提出基于直流断路器与快速机械开关协同配合的故障隔离方案(阶段3)。通过断开故障关联的直流断路器,并控制相应换流站的输出直流电流降低为0,使得故障线路上的机械开关亦能快速开断,从而实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流配电网模型,通过大量仿真验证了所提保护及故障隔离方案的可行性。     

柔性中压直流配电网线路加速纵联保护

分布式能源蓬勃发展和城市直流负荷快速增长,进一步夯实柔性直流配电网在城市的重要地位.文中以四端柔性中压直流配电网为研究对象,针对架空线频发的瞬时故障,提出具有速动性工程需求的加速纵联保护方案.该保护方案由启动方案、重合闸后瞬时性故障判别、永久性故障类型和故障区域识别组成.为降低加速保护第1次动作造成的误动,设计启动方案用于避免干扰、断线和功率翻转等情况.直流断路器在故障后1～2 ms内启动跳闸,确保换流器中电力电子器件不受破坏且故障后不闭锁.重合直流断路器后识别为永久性故障时,利用重合后的电压电流故障信息,准确识别出故障类型和故障区域.在PSCAD上搭建四端直流配电网进行大量仿真测试,仿真结果表明所提加速保护方案可靠有效.     

基于柔性直流配电网的城市能源互联网

为推动城市能源互联网的发展,满足城市能源变革的新需求,首先提出了构建基于柔性直流配电网的城市能源互联网;接着,对城市能源互联网物理基础层的核心网络——柔性直流配电网进行了关键技术分析,建立了包含规划设计、关键设备研制、运行控制、故障保护等多端柔性直流配网的成套技术体系,为推进柔性直流配电网的规划建设提供了强有力的技术保障;最后,开展了柔性直流配电网示范工程的设计及分析,提出了工程总体建设方案,并成功投运世界容量最大、电压等级最多的珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程,为推进柔性直流配电技术在中国落地、运行奠定了坚实基础,为城市能源互联网的发展以及建设国际化能源变革城市提供支撑。     

基于MMC主动限流的柔性直流配电网优化配合保护策略

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网发生直流短路故障后,激增的故障电流将严重威胁电网安全稳定运行。为抑制故障电流,针对半桥MMC型直流配电网提出一种基于主动限流控制的优化配合保护策略,通过减小直流故障电流上升率与故障隔离时间来抑制故障电流。首先根据故障电流特性提出了基于虚拟电抗的主动限流方式来限制故障电流上升率;进而根据单端量电流变化率特性设计了快速故障区域识别方法;并综合上述内容形成了快速故障区域识别与直流断路器动作的优化配合保护方案,通过优化断路器时序配合来加快故障隔离速度,进一步抑制了故障电流。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流配电网仿真模型,通过多个算例验证了所提方案的有效性。     

高压直流双线并联运行故障选线策略

针对高压直流输电工程中双线并联运行方式,在总结了交流小电流接地选线经验的基础上,分析了已投运直流输电工程线路故障的特征,提出了双线并联运行故障选线策略,并将其分为与行波保护及电压突变量保护相配合的暂态故障选线策略和与线路低电压及线路纵差保护相配合的整流侧稳态故障选线策略以及逆变侧稳态故障选线策略三部分,阐述了上述三部分故障选线策略的逻辑,RTDS仿真模型验证了高压直流双线并联运行故障选线策略的正确性.