基于柔直电网的暂态量保护方案及配合策略研究

柔直电网中直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对柔直电网的基本架构,在分析直流线路故障对直流线路保护的需求的基础上,引入了基于边界原理的暂态量保护,并进行了适用性分析。通过分析发生直流线路故障时快速跳开直流线路两端的直流断路器必要性,提出在提高测量采样频率和优化判据时间窗的基础上,根据故障反行波能量和前行波能量在功率送端站和受端站的不同特征,对暂态量保护判据进行优化,并给出了直流线路两端配置的保护方案。在此基础上,进一步研究了暂态量保护与直流断路器、直流母线保护相配合的故障清除策略。通过仿真验证了所提策略的可行性。     

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。     

一起多端柔性直流输电系统短路故障分析

直流系统的故障快速隔离和系统重启动是构建直流电网的核心技术,国内已有部分柔性直流工程装设了直流断路器及故障恢复系统,但尚无相关报道讨论其安装效果。以舟山五端柔性直流工程发生的海缆正极故障为例,介绍了舟山柔直系统直流断路器和阻尼恢复系统配置情况、直流故障处理策略和重启动策略,分析了伪双极换流站直流单极故障下直流故障电压变化情况及故障电流突变特征和重启动顺序逻辑,可为未来直流电网配置直流断路器和故障恢复系统提供参考。     

舟山柔直工程混合式直流断路器短路试验方案设计及现场实践

含混合式直流断路器的柔性直流工程直流极线短路试验尚属国际空白。为检验柔直电网中直流断路器故障清除的可靠性以及与换流阀的配合逻辑,获取实际短路过程中断路器周围空间的电磁干扰数据,并为后续柔直工程开展短路试验积累经验,有必要在现有柔直工程中开展直流极线短路试验。该文针对装设有混合式高压直流断路器的舟山200 kV柔直电网定海换流站,结合直流断路器和换流阀不同的动作配合逻辑,设计了换流站直流极线正极、负极和双极短路试验方案。该方案克服了电缆输电系统难以形成人工短路故障的困难,在现场实践中验证了单极故障下直流断路器分断换流阀不闭锁的动作逻辑,首次完成了柔性直流输电工程的双极短路试验,并获取了短路试验过程中直流极线瞬态电压、瞬态电流及空间电磁场数据,可为混合式直流断路器本体研制和后续直流电网工程应用提供技术支撑。     

柔性直流输电网线路保护配置方案

受限于直流断路器开断能力,柔性直流电网的线路保护需要具有极快的动作速度。提出了柔性直流电网线路保护配置方案:主保护采用单端量保护原理以满足动作速度的要求,同时需要采取适当的解耦措施和故障选极方法,以及雷击、噪声等干扰的识别方法,以保证保护的可靠性;后备保护采用灵敏性较高的双端纵联保护原理,包括行波差动保护和基于无功能量的方向保护,在时序上与主保护配合,同时在直流侧故障时要能够先于交流侧保护动作。比较分析了柔直电网线路保护和传统直流线路保护、交流线路保护配置方案的异同,对于我国在建的柔直电网具有重要参考价值。     

含直流断路器的多端柔直系统直流保护定值切换策略

南澳(以下简称NA)多端柔直系统加装机械式高压直流断路器后,为实现直流断路器连接的故障站能够被快速有效隔离,非故障站能在特定的运行方式下稳定运行,需要对系统直流保护策略进行调整,以适应系统新的运行方式。本文首先介绍了系统加装直流断路器前的直流保护配置,分析了加装直流断路器对直流保护策略的影响,提出了一种非故障站根据故障站差动保护信号进行定值切换,实现直流断路器隔离多端柔直系统故障的直流保护策略。采用PSCAD/EMTDC仿真对该直流保护定值切换策略的可行性进行了验证,现场试验结果也进一步验证了该策略的可行性。     

高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用

舟山柔直工程采用的直流断路器实现了世界上首套高压直流断路器的商业化应用。鉴于此,阐述了混合型高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用情况,包括该直流断路器的拓扑结构、工作原理、技术指标、工程配置情况和选型依据等。然后,提出了基于直流断路器的柔直系统换流站单站投退的策略。基于仿真和现场试验,对所提出控制策略的有效性进行了验证。结果证明：采用高压直流断路器或混合气体绝缘开关（HGIS）后换流站可有效实现带电投退,且投退过程中直流电流不会发生突变现象,提升了柔直工程的运行灵活性。最后,在现有技术的基础上,提出了未来直流断路器及直流电网发展需要解决的关键问题。     

基于直流断路器的柔性直流电网架空线路故障隔离策略研究

柔性直流输电技术未来将向大规模柔性直流电网发展,从经济性和通用性来看使用架空线路的柔性直流电网最具发展前景,然而架空线路故障率较高,如何实现直流线路故障的快速隔离和系统恢复成为制约柔性直流电网发展的关键因素。针对该问题,文中基于张北柔性直流电网示范工程,以半桥结构的模块化多电平换流器进行了研究,提出了适用于工程应用的直流架空线路故障隔离措施和线路故障恢复策略,并基于RT-LAB实时仿真平台搭建了张北工程四端直流电网系统,对相应的隔离方法及故障恢复策略进行了仿真验证,结果表明,可降低直流线路故障对交流系统的影响,降低直流限流切除对系统稳定性和安全性的影响,为柔直电网工程的实际应用提供了依据。     

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。     

基于混合型MMC和快速真空开关构建的柔性直流电网

采用架空线的柔性直流电网在大规模风电、光伏等新能源的汇集、输送和并网中有很好的应用前景。由于直流故障电流上升速度快、峰值高,柔直工程中一般采用高速大容量直流断路器隔离直流故障。然而,直流断路器制造难度大、成本高,降低了直流电网的经济性,并且其可行性还有待实际工程验证,这在一定程度上阻碍了直流电网的大规模发展与建设。为此,本文提出了一种基于混合型MMC和快速真空开关的直流电网组网方案。该方案充分利用混合型MMC强大的控制能力,可以保证换流器在直流故障期间不闭锁,使得直流电网在直流故障被清除后可以快速、柔性地切换到新的运行状态,缩短直流电网功率中断时间,提高直流电网的利用率。同时可以在直流线路中安装快速真空开关来替代高速大容量直流断路器,以减小直流电网的建设成本,大幅度提高直流电网的经济性。最后,基于PSCAD/EM TDC平台仿真验证了本方案的正确性与合理性。     

基于人工神经网络的架空柔性直流电网故障检测方法

快速可靠的故障保护方案是架空柔直电网在发展过程中所面临的一大技术挑战。针对现有故障检测方法存在阈值选取困难、对高阻故障不灵敏、故障选极等功能不完善、检测时间长的问题,提出基于人工神经网络(artificialneural network,ANN)的架空柔直电网快速故障检测方法。首先,通过快速傅里叶变换分析暂态电压的频率特性,并利用小波变换和相模变换提取故障特征量,得到ANN的输入数据;然后,通过大量离线仿真数据对ANN的隐藏层单元进行训练;从而根据ANN的输出结果实现母线故障与线路故障的检测,并给直流断路器下发开断指令。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建了四端MMC直流电网的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证所提方法在故障识别、故障选极方面的有效性。     

直流电网用混合式直流断路器开断参数影响因素研究

直流电网中应用的开断参数是高压直流断路器研究与设计的前提条件,其影响因素的探讨对系统与设备的协同设计有重要意义.基于功能要求提取了混合式高压直流断路器的核心开断参数,从电网运行方式、系统参数、故障特性、保护配合以及断路器参数设计等多个方面对核心开断参数的影响进行了定性和定量分析.搭建了张北四端柔直电网工程和混合式直流断...     

舟山５端柔直孤岛状态检测和控制模式切换

孤岛运行模式是舟山５端柔直工程的重大挑战之一,舟山各岛屿间交流联络很弱,而且该地区为台风多发区,因此容易形成孤岛运行模式.介绍了基于频率变化的孤岛检测策略,该策略不需依赖交流电网的断路器状态.针对多端柔直中交直流混合电网拓扑结构复杂导致的孤岛模式切换困难,阐述了在多端系统中保证仅有一端切换为孤岛的策略.针对跳闸的交流线路故障清除后重新并网,孤岛模式解除的情况,介绍了基于交流电流上升和短暂换流阀闭 锁的孤岛转正常运行策略.上述策略经仿真验证后实际应用于舟山５端柔直工程,并在交流线路跳闸造成孤岛运行的情况下将相应柔直换流站成功转为孤岛运行模式,避免了全岛停电事故,验证了上述策略的有效性。     

柔性直流电网超高速保护方案研究EI北大核心CSCD

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

柔性直流电网协调控制策略

针对包含新能源孤岛送出、孤岛供电以及双极结构的复杂柔性直流电网,提出了一种协调控制策略。整个协调控制系统包含广域协调控制系统和换流站协调控制系统。发生换流站故障或直流线路故障后,广域协调控制系统根据工况对各柔性直流换流站及其他子系统进行总功率调控,同时各换流站根据工况和指令切换控制模式或改变自身功率,配合进行协调控制。通过对典型柔直电网中典型工况的仿真,验证了本文提出的协调控制策略可明显改善故障情况下的柔性直流电网响应特性,提高柔性直流电网安全稳定运行能力。     

舟山5端柔直孤岛状态检测和控制模式切换

孤岛运行模式是舟山5端柔直工程的重大挑战之一,舟山各岛屿间交流联络很弱,而且该地区为台风多发区,因此容易形成孤岛运行模式。介绍了基于频率变化的孤岛检测策略,该策略不需依赖交流电网的断路器状态。针对多端柔直中交直流混合电网拓扑结构复杂导致的孤岛模式切换困难,阐述了在多端系统中保证仅有一端切换为孤岛的策略。针对跳闸的交流线路故障清除后重新并网,孤岛模式解除的情况,介绍了基于交流电流上升和短暂换流阀闭锁的孤岛转正常运行策略。上述策略经仿真验证后实际应用于舟山5端柔直工程,并在交流线路跳闸造成孤岛运行的情况下将相应柔直换流站成功转为孤岛运行模式,避免了全岛停电事故,验证了上述策略的有效性。     

柔性直流电网线路保护与直流断路器优化协调配合策略研究

采用架空线作为传输线路是未来高压大容量长距离柔性直流电网进行功率传输的主流形式,然而,架空线的应用势必会造成直流线路故障概率的大大增加,因此,研究如何快速隔离直流故障线路这一关键问题显得十分突出。该文基于直流断路器的保护技术路线,在深入分析传统保护配合策略的基础上,以行波保护为例,提出两种线路保护与直流断路器优化协调配合策略,降低故障期间近端换流站闭锁和直流电网主设备电力电子开关损坏的风险。最后,针对典型工况,对所提出的优化协调配合策略进行仿真分析。     

柔性直流电网超高速保护方案研究

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

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。     

长距离海缆线路复役引起的主变无功倒送现象分析

舟山蓬莱供区海缆线路众多,充电功率较大,电网补偿了一定容量的电抗器。舟山柔性直流及大量风电场的接入,对改善电网无功分布有一定积极作用。针对一起长距离海缆线路复役引起的蓬莱供区无功倒送现象,分析柔性直流及风电接入对海岛电网无功的调节作用,并在进行长距离海缆线路复役时,进行无功容量调节时采取相应措施策略(柔直舟衢站、舟洋站定无功控制,增加换流站无功吸收)。实际运行结果表明,舟山柔直运行情况良好,舟山柔直能够对舟山电网的无功调节起到积极作用。