柔性直流输电工程控制保护系统特点分析

分析了柔性直流输电工程控制保护系统的结构、功能和设计方案,并为控制保护技术在智能电网的应用提供建设性意见。     

适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器

现有的直流潮流控制器大多为双端且仅能辅助控制一条线路上的潮流。为全面控制直流电网潮流分布,文中提出了一种适用于柔性直流电网的多端口直流潮流控制器,它可以同时控制多条线路上的潮流且易于拓展。首先,在充分研究已有直流潮流控制器的基础上,提出了多端口直流潮流控制器的拓扑结构并详细阐述了工作原理;其次,研究了多端口直流潮流控制器的等效电路,进而设计了能够使其稳定运行的控制策略;最终,在RT-LAB仿真平台中搭建了舟山五端柔性直流输电系统并安装了三端口直流潮流控制器,对所提拓扑结构和控制策略进行了仿真验证。     

张北±500kV柔性直流电网换流站控制保护系统设计

张北±500 k V柔性直流示范工程首次构建柔性直流电网,柔性直流电网内换流站的控制保护系统需要满足多换流站协调控制、直流线路故障保护及直流线路故障快速恢复等新要求,该文在传统直流换流站控制保护系统设计的基础上,提出柔性直流电网换流站控制保护系统设计方案。相比于传统直流换流站设计方案,该设计方案在源端换流站和受端换流站各配置一套站间协调控制设备,实现多换流站间协调控制;站内保护系统采用三取二方案,增配双重化的直流线路保护,实现直流线路故障快速隔离及恢复。提出的柔性直流电网换流站控制保护系统的整体技术方案,对同类工程的设计提供了完整的设计方法和思路。     

适用于多端柔性直流电网的潮流控制器

多端柔性直流电网以优良的性能在清洁能源消纳方面发挥了重要作用,但其潮流难以灵活控制,需引入潮流控制器来改善潮流分布。对此,提出了一种适用于多端柔性直流电网的新型直流潮流控制器,其具有配置成本低、调节范围广和运行损耗小的优势。潮流控制器利用全控型开关动态投切电容、电阻来改变线路等效电阻,实现了潮流控制功能。此外,设计了含电压限制环节和电流差增益环节的控制系统,降低了拓扑的配置成本和运行损耗。最后,通过电磁暂态仿真与低压物理试验验证了所提直流潮流控制器的有效性与可行性。     

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。     

关于500kV线路架空地线直流融冰试验保护跳闸的分析

严重的冰雪天气时刻危及着电网的安全稳定运行,采用直流融冰技术已成为应对低温冰冻等极端天气的一种重要手段,线路架空接地故障是常见的故障之一,分析一起超高压输电线路地线融冰不成功事件的原因,对直流融冰时的架空地线故障进行快速、准确的定位具有重要意义,确保了地线融冰成功率.本文通过500kV线路地线直流融冰过程的故障跳闸,结...     

基于电流斜率的多端柔性直流输电线路保护方法

文中研究了多端柔性直流输电系统在各种故障情况下的故障特征,根据理论分析得出当发生内部故障时,故障线路两端的故障电流方向是相同的,非故障线路两端的故障电流方向相反。提出了一种基于电流斜率的选线方法。通过比较线路两端故障电流的斜率,可以有效地识别出故障线路,可用于柔性直流输电系统的后备保护。最后,利用PSCAD/EMTDC软件建立了张北四端柔性直流电网的仿真模型,并对所提出的保护原理进行了仿真验证。     

柔性直流和常规直流并联系统功率调制策略

由于柔性直流与常规直流控制特性的差异以及并联后的相互影响,其调制策略不同于常规直流。分析了柔性直流与常规直流并联系统的协调控制策略,阐述了功率限制功能的功率分配、速率分配和无功功率控制的实现方法。结合南方电网鲁西背靠背直流调制功能的RTDS仿真研究,针对试验中暴露的缺陷深入分析了并联系统在受端交流故障情况下限制直流功率的控制特性,提出了功率限制功能与高电压穿越控制功能的协调方法以及速率分配优化方法。仿真结果表明,优化后的并联系统可按照正确的时序和速率执行功率限制功能。     

柔性直流电网架空线路快速保护方案

基于柔性直流输电的直流电网技术,是大规模清洁能源接入电网的有效手段,直流电网快速线路保护是其面临的重要技术挑战之一。以国内计划建设的张北直流电网工程为背景,提出了一套适用于全网配置直流断路器、采用架空线输电的对称双极直流电网线路快速保护方案。保护仅利用单端信息进行故障判别,且保护数据窗短,满足速动性的要求;保护采用电压梯度快速检测故障,利用限流电抗器对故障电压信号的平滑作用实现故障区间的判别,并根据零模与一模电压传播特性的差异判定故障极,实现保护的选择性与高可靠性。结合直流电网的PSCAD模型,验证了所提出方案在不同故障情况下的保护性能,并分析了保护对运行方式改变的适应性。     

基于控制特征量响应的多端柔性直流输电线路保护

多端柔性直流输电系统控制灵活,系统故障时控制与保护联系紧密。在考虑柔性直流输电不同控制策略下控制过程量的响应特征基础上,利用控制信号暂态能量的大小关系识别区内外故障,并利用正负极的暂态能量比值进行故障选极,提出一种基于外环功率控制类特征信号检测直流输电线路故障的保护方案。该方案充分利用换流器的快速响应能力,实现简单,故障检测时间快,便于控制和保护的集成设计,能够实现对不同控制策略和控制参数的自适应保护。最后,通过大量仿真验证了所提保护方案在故障识别以及故障选极上的有效性,并考虑多种因素的影响,验证了保护的可靠性。     

基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

直流故障的快速可靠识别是多端柔性直流电网亟须突破的关键技术之一。基于线路边界元件直流电抗器的特征,提出了一种新型的多端柔性直流电网线路边界保护方案。利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,实现故障线路的快速识别;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。该方案仅通过单端直流电抗器的电压即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通信。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性。     

柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述

柔性直流电网网架结构与运行方式多样,多种电力电子设备之间存在强耦合关系,其故障特性复杂,协调控制困难,对故障电流进行积极主动的控制仍然面临着很大的挑战。文中基于柔性直流电网故障电流发展机理,对交直流电网故障特性做了对比和总结,说明了柔性直流电网故障电流主动控制的必要性和可能性;确定了柔性直流电网故障电流主动控制方案的基本原则;总结了国内外研究成果,根据选择性原则和抑制原理对主动控制方案进行了分类;以几种典型方案为例,分析了不同类型主动控制方案的特性,并在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,对不同主动控制方案的特性进行了对比和总结。结果表明,通过源侧和网侧设备协同配合进行故障电流的主动控制,能够快速隔离故障,节约线路投资成本,具有快速恢复能力。     

柔性直流控制保护系统方案及其工程应用

结合厦门柔性直流输电示范工程,对柔性直流控制保护系统方案及其工程应用进行了研究,包括控制保护系统的分层结构、极控制系统的基本控制策略、控制系统结构、极控制系统与阀控制系统间的接口特性,以及直流保护系统功能的配置情况。为了验证极控制系统、阀控制系统及换流阀之间工作的正确性,防止首次有源解锁出现大电流损坏换流阀,针对真双极拓扑结构系统,提出了无源逆变试验方案,现场试验结果证明了阀组触发相序的正确性,实现了对控制系统延时的完全补偿。无功和有功功率阶跃试验结果表明,控制系统在性能上和速度上满足快速性、可靠性、灵活性要求。直流保护跳闸试验结果表明,保护逻辑功能正确,换流阀正确闭锁、断路器正确跳闸。     

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。     

适用于直流电网的推挽式直流自耦变压器及其控制策略

基于双有源桥拓扑结构的能量传输机理,通过融合直流自耦变压器与模块化多电平换流器的拓扑演绎规律,提出了具有高传输效率和高运行可靠性的推挽式直流自耦变压器。分析了推挽式直流自耦变压器的工作机理、控制策略和系统参数对运行特性的影响。通过采用特定拓扑结构的四绕组变压器并结合推挽式工作模式,推挽式直流自耦变压器内部的特定四绕组变压器可由2个相同的单相双绕组变压器等效代替分析,极大简化了稳态控制策略的设计难度。PSCAD/EMTDC仿真验证了推挽式直流自耦变压器的技术可行性与有效性。     

含新能源接入的柔性直流电网启动策略及仿真

以新能源大规模接入为目标,以多端柔性直流输电技术为支撑,提出了一种用于汇集风能、太阳能等多种新能源的柔性直流电网拓扑。首先,设计了通用的直流电网启动策略,然后基于机电暂态计算结果为该直流网络设计了稳态运行工况,并针对性地模拟了直流线路单极接地故障、交流线路故障和风机大规模切除3种暂态运行工况。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建该直流电网模型,仿真验证了启动控制策略和稳态潮流分布,结合仿真波形对电网暂态特性进行了讨论和分析。     

基于电压折射波幅值正负差异的柔性直流电网两段式行波保护

针对柔性直流电网线路行波保护在长线故障下难以兼顾速动性和耐受过渡电阻能力的问题,提出了一种基于电压折射波幅值正负差异的两段式行波保护方案.首先,通过分析故障行波在线路上的传播过程,推导了各折反射波的表达式,得出了区内外故障下线路端口电压折射波幅值的正负差异特性.然后,基于该特性,提出了两段式行波保护方案,以传统行波保护...     

直流融冰系统保护配置与操作策略

基于电力电子整流技术的直流融冰装置,兼具直流融冰和静止无功补偿(staticvar compensation,SVC)功能,应用前景广阔。以复兴变电站直流融冰示范工程为例,对直流融冰系统的结构、特点进行了分析,提出了直流融冰系统的保护方案,包括:交流过流保护、交流欠压保护、阀短路保护、直流过流保护、直流欠压保护、直流断线保护、直流谐波保护以及桥电流不平衡保护,并给出了相应的操作策略。     

交直流混合电网HV DC运行控制特性初探

在南方电网正在形成含有多馈入直流输电系统的交直流混合电网的背景下,对换流器模型的建模方法和适应 性进行了讨论。本文介绍实际直流工程的控制方式和功率调节方法,并介绍稳定分析中实际直流系统的建模方法,同时分 析交直流系统相互作用特性及其复杂性及提出若干亟待解决的重要问题。