直流保护策略对特高压换流站过电压与绝缘配合影响的仿真分析

特高压直流换流站作为特高压直流输电工程的枢纽,其绝缘配合方案对工程的技术经济性能影响较大。为研究特高压直流换流站绝缘配合研究中出现的直流系统保护策略对换流站过电压与避雷器配置的影响,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立了糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程的直流暂态过电压仿真模型,仿真分析了高端换流变YY阀侧接地和接地极线或金属回线接地故障下直流保护策略对直流暂态过电压和避雷器应力的影响。研究结果表明,直流系统保护策略对换流站绝缘配合有较大影响,糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程换流站中性母线避雷器配置方式或直流保护策略需要在云南至广东±800kV特高压直流输电工程基础上进行改进。工程中若不能减小换流器直流差动保护和中性母线过电压保护的延迟时间,则建议增加中性母线避雷器E1H和E2H的并联台数以满足设计要求。     

±660kV直流输电工程过电压与绝缘配合

宁东—山东±660kV直流输电示范工程中过电压与绝缘配合研究是工程的关键技术之一,对工程的可行性、可靠性、经济性有较大影响.文章针对宁东—山东±660 kV直流输电工程绝缘配合主要特点,结合具体的过电压电磁暂态仿真研究了系统工频、谐振、操作和雷电过电压水平,并根据计算结果提出换流站设备要求的绝缘水平,为工程设备配套提供...     

舟山多端柔性直流工程过电压与绝缘配合

舟山多端柔性直流工程过电压与绝缘配合研究为工程实施提供了基础技术支撑.为确定避雷器保护配置方案及设备绝缘水平,开展了成套设计研究,确定了工程的主回路参数及主接线.按照舟山多端柔性直流工程控制策略建立了电磁暂态仿真模型,模型中的换流器子模块电容、联结变压器、桥臂电抗器及直流电抗器电感值、接地方式的选择和电缆参数的选取均对过电压仿真结果有较大影响.在详细开展设备参数研究的基础上,为了选取并用于建模,开展了过电压研究,确定了主要设备的绝缘水平.对于本工程关键设备——直流电缆,提出采用30％的绝缘裕度以确保运行安全,并最终确定其绝缘水平为510 kV.研究结果已应用于舟山多端柔性直流工程,研究手段为其他同类工程提供了参考.     

直流断路器对张北柔直电网中单极接地过电压的影响分析

张北柔性直流电网工程将首次实现混合式直流断路器的工程示范应用,并采用故障率更高的架空线作为输电线路,因此故障过电压对整个系统的威胁更加严峻。文中以柔直电网中直流侧发生单极接地故障为例,研究了含有直流断路器下的单极接地故障暂态特性,并在PSCAD/EMTDC平台上搭建了柔直电网过电压仿真模型,仿真分析了直流断路器中避雷器限电压系数γ、转移支路子模块闭锁时间和避雷器投入方式对关键节点和设备上过电压水平的影响。结果表明:柔性直流换流站的直流母线、换流变阀侧、限流电抗器端间和金属回线过电压随着γ的增大而增大,避雷器吸收能量随γ取值增大而减小;随着转移支路子模块闭锁时间的增加,单极接地过电压有所减小;避雷器依次投入(带有适当的延迟)比避雷器同时投入在限流电抗器端间产生的过电压大幅减小,而对其他设备的过电压影响不大。研究结果可为柔性直流换流站绝缘设计和直流断路器工程化应用提供参考。     

葛—上直流输电工程换流站直流侧过电压与绝缘配合问题

本文着重介绍葛－上直流输电工程系统调试中换流站直流侧过电压测试的结果，对调试期间发生的直流设备事故进行了分析，对换流站部分直流设备的过电压与绝缘配合问题进行了讨论。     

±10kV直流配电系统过电压与绝缘配合

过电压与绝缘配合是直流配电的关键技术之一,其研究结果对于直流配电系统关键设备的选型具有重要的指导作用。本文针对基于模块化多电平换流器(MMC)的深圳±10kV直流配电网示范工程,在借鉴传统直流工程和柔性直流输电工程研究成果基础上,结合直流配电系统自身特点,提出了两种适用于该系统的绝缘配合方案:一种为不配置避雷器,在过电压统计结果上乘以一个较大的绝缘裕度来确定设备绝缘水平;另一种为配置少量避雷器,通过避雷器的保护水平确定设备绝缘水平。基于PSCAD/EMTDC建立系统的内部过电压仿真模型,仿真计算了不同方案下典型故障时关键位置的过电压,并最终确定了两种方案下系统关键设备的绝缘水平,为工程设计提供了参考。     

用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究

柔性直流系统凭借其独特的技术优势,正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。鉴于国内外相关研究较为匮乏,文中针对用于海上风电并网的柔性直流系统,详细研究了其中的过电压和绝缘配合问题。首先介绍了用于海上风电并网的柔性直流系统的基本情况,包括拓扑结构、站内主要设备和接地方式。然后根据实际情况详细介绍了过电压和绝缘配合的基本原则,包括典型故障选取、电压观测点选取、避雷器的配置方案和参数选择方法。再基于电磁暂态仿真平台PSCAD/EMTDC,搭建了国内某规划海上风电场的±320 kV/1 100 MW柔性直流送出系统仿真模型;基于时域仿真,研究了柔性直流系统的过电压特性,并且基于提出的避雷器的配置方案,给出了柔性直流换流站的主设备绝缘水平。研究成果填补相关领域研究的空白,可为未来国内类似工程提供重要的参考依据。     

±1100kV特高压直流换流站过电压保护和绝缘配合

为合理确定±1 100 kV特高压直流换流站的绝缘水平,基于准东—成都±1 100 kV特高压直流输电工程,根据特高压换流站的绝缘配合方法,对准东换流站的绝缘配合进行了研究。根据特高压直流换流站避雷器布置基本原则,并结合现有±800 kV特高压直流换流站的绝缘配合经验,提出了±1 100 kV准东换流站的避雷器布置方案,详细分析了换流站交流侧、阀厅、直流母线和中性母线等不同区域的过电压保护策略,最后根据推荐的设备绝缘裕度确定了换流站设备的绝缘水平,直流侧1 100 kV直流极线的雷电冲击和操作冲击绝缘水平推荐为2 600 kV和2 150 kV;直流极线平波电抗器阀侧设备和高压端Y/Y换流变阀侧设备的绝缘水平建议取为一致,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为2 500 kV和2 250 kV。研究结果对换流站设备的选型和制造具有重要指导意义,将为该特高压工程建设提供重要依据。     

±800kV直流输电工程过电压保护与绝缘配合研究

结合我国±800kV高压直流输电工程的内过电压研究结果和交、直流避雷器的额定参数推荐值,对±800kV高压直流输电工程的绝缘配合进行分析研究,提出该工程交、直流设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平的推荐值。对换流站的雷电过电压保护和直流线路的防雷保护进行研究,提出防雷保护的建议。     

异步联网工程柔性直流换流站过电压与绝缘配合

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流异步联网换流站过电压与绝缘配合是工程设计的关键技术之一,其研究对换流站关键设备选型、设计、制造和试验具有重要的指导作用。文中依托云南电网与南方主网鲁西背靠背直流异步联网工程开展研究,考虑了系统不同稳态运行状态的组合以及异步交流系统的特点,提出了柔性直流换流站的避雷器布置方案,对系统典型工况进行了仿真计算,确定了各避雷器的最大应力,并最终确定了换流站各设备的绝缘水平。研究结果为工程设计提供了重要依据。     

Overvoltage and insulation coordination of flexible DC distribution network with DC circuit breaker北大核心

With the continuous application and popularization of distributed energy, DC power distribution will become the mainstream form of future power distribution system. As a new type of power distribution system, the overvoltage and insulation coordination of flexible DC power distribution urgently needs further research and improvement. The addition of medium-voltage DC circuit breakers has also led to fundamental changes in the operating overvoltage transient characteristics of the system. It is necessary to analyze the operating overvoltage distribution characteristics and insulation coordination of the flexible DC distribution network with DC circuit breakers. Firstly, the electromagnetic transient simulation model of ±10 kV ring-network flexible DC power distribution network is constructed, and the protection action scheme based on DC circuit breaker is designed. Then,the ±10 kV ring network flexible DC power distribution system is simulated and analyzed for operating overvoltage, horizontal spatial distribution characteristics of its amplitude and the decisive working condition of the maximum overvoltage at key positions are obtained, insulation coordination scheme of the ±10 kV ring network flexible DC power distribution system is proposed. Finally,the simulation analysis of the transient induced overvoltage of the DC cable sheath under the influence of the action of the DC circuit breaker is carried out. The results show that the addition of DC circuit breakers improves the reliability and flexibility of DC distribution network, and the layout of arrester and cable metal shield protector is further optimized, which is of great significance to the design of insulation matching scheme of flexible direct distribution network of ring network. © 2023, Editorial Department of Electric Power Engineering Technology. All rights reserved.     

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。     

10 kV交直流配网弧光过电压特性分析

小电阻接地是提高交直流配电网保护灵敏性、降低过电压水平的有效手段。弧光接地过电压威胁设备绝缘,因而分析该问题对交直流配网安全运行具有重要价值。通过搭建交直流混合配网,在10 kV交流侧模拟发生配电网弧光过电压场景,研究了交直流电网过电压水平和故障穿越特性。首先基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了柔性直流配网仿真模型,构建了弧光接地过电压数学模型;然后,仿真交直流混合配网系统发生故障后非故障相过电压故障响应曲线,分析了交流侧发生单相接地故障时,零序、负序分量造成的弧光过电压穿越特性;最后,通过对比分析不同接地电阻条件下交直流电网过电压数据获得了其变化规律,结果表明接地电阻为6Ω时对过电压的抑制效果最佳。     

直流混合型断路器与直流故障限流器的匹配研究

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流断路器为例,通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,对其开断原理和过程进行分析;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断过程IGBT承受电压电流等不同要求,研究限流器对断路器的影响,进而确定匹配原则;最后,通过故障状态分析计算确定限流器的参数。     

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。     

碳化硅MOSFET用于500V低压直流断路器的可行性研究

碳化硅MOSFET具有低导通损耗、开断速度快、耐高温等优点,其优异的开断性能是研制低压直流断路器的理想选择。从现有直流电压等级、绝缘水平和用电安全等角度确定断路器的工作电压等级,并搭建简易低压直流电路模型,估算模型中的各元件参数。在此基础上对断路器正常和短路两种状态下的过电压进行计算,同时根据厂家提供的碳化硅MOSFET参数及特性曲线,利用仿真软件saber建立模型,进行操作过电压分析。并设计两种过电压保护电路使Si C-MOSFET更加安全可靠工作,证明碳化硅MOSFET用于500 V直流断路器的可行性。     

带静止无功补偿器功能的直流融冰装置过电压保护及绝缘配合

带静止无功补偿器(SVC)功能的直流融冰装置已经广泛应用于融冰装置的设计制造中。这种直流融冰装置兼具SVC和直流融冰2种功能,造成其2种工作模式下的稳态运行特点和故障过电压来源及幅值存在差异,对装置的控制保护系统和绝缘设计提出了不同的要求。为此,以典型参数的12脉动带SVC功能的直流融冰装置为研究对象,通过仿真建模,分析了装置的稳态运行特点、典型故障过电压及其影响因素。分析结果表明,2种工作模式的公共避雷器配置参数应以融冰模式的运行电压为参考,其最苛故障过电压来自融冰线路断线故障。在这种避雷器配置方案下,换流变压器阀侧和晶闸管两端的绝缘裕度在SVC模式下比在融冰模式下分别高10%和40%,符合装置运行于SVC模式时间远大于融冰模式的运行策略。     

多端口直流断路器可靠性评估模型及其应用

多端口直流断路器(MTCB)是未来实现多端换流站联络及故障快速隔离的核心设备,其可靠性直接影响多端直流配电网的可靠性水平.首先分析了MTCB拓扑结构及工作原理.然后以珠海"互联网+"示范工程中应用的三端口混合式直流断路器为例,基于工程可靠性原理并考虑器件冗余建立MTCB可靠性评估模型.然后分析了MTCB对多端直流配电网可靠性的影响.最后基于唐家湾三端直流配电网结构进行算例分析,计算了MTCB在不同设计模式、冗余分析下的可靠性情况,进行了MTCB对多端直流配电网可靠性的影响分析及灵敏度分析,验证了所提模型的正确性和有效性.     

短路故障下直流固态断路器缓冲电路的设计

在低压直流微电网发生短路故障时,直流固态断路器(Solid-state circuit breaker, SSCB)可以快速有效地将故障区域隔离,然而它自身的安全可靠性依赖于缓冲电路。由于SSCB上的缓冲电路的侧重点是过电压抑制能力和故障能量的快速吸收,而不是减少缓冲电路的损耗,所以不能直接使用适用于变换器器件的传统缓冲电路设计方法。因此,提出一种拥有过电压抑制能力的SSCB缓冲电路的设计方法。针对放电阻止型RCD缓冲电路进行保护动作后缓冲机理分析,选定三种性能指标并给出详细的参数设计步骤,然后选定工况计算出合适的缓冲参数。最后通过实验验证了上述分析结果的正确性和放电阻止型缓冲电路的有效性。