基于混合式直流断路器的柔性直流电网快速重合闸策略

基于混合式直流断路器(hybrid direct current circuit breaker, HDCCB)保护的柔性直流电网在故障清除之后,需要对故障线路进行快速重合闸操作。在直流系统被孤立的换流站重合闸于故障清除状态的故障恢复期间,会有较大的功率波动导致重合闸过程中功率恢复缓慢,不能满足直流电网快速重合闸的要求。该文首先基于HDCCB的拓扑结构提出重合闸操作时间最短的快速重合闸操作流程。然后基于直流电网的控制系统,从直流电网的故障开断过程出发,揭示了在直流电网重合闸过程中功率波动的原因,并且提出了优化之后的快速重合闸策略,以实现直流系统重合闸于故障清除状态时功率的快速恢复。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建5端柔直系统进行仿真,结果表明所提出的快速重合闸策略能够有效地抑制孤立换流站在重合闸于故障清除状态时故障恢复过程中的功率波动,缩短重合闸恢复时间50%以上,提高直流系统的输电可靠性。     

基于行波主频率跃变的柔性直流电网自适应重合闸策略

高压直流架空输电线路受外界环境的影响,发生瞬时性故障概率较高.研究适用于直流系统线路故障后的快速恢复策略对保障电网的可靠运行具有重要意义.多端直流系统多采用直流断路器实现线路故障的隔离与恢复,但现有直流断路器重合闸策略存在重合于永久性故障时对直流系统造成二次冲击的问题;此外,该类方法均需配置固定延时的去游离.针对上述问题,提出了一种可识别故障性质与故障消失时刻的自适应重合闸策略.揭示了不同故障性质下行波传播主频率的变化特征;研究了行波在故障端口不同模域间的交叉传播机理,结合相模变换,论证了基于相域电压行波识别故障性质的可行性;提出了适用于配置直流断路器的柔性直流输电系统线路故障自适应重合闸策略,分析了影响该算法的相关因素,包括故障电阻、燃弧间隙长度以及噪声,并在PSCAD/EMTDC中验证了该算法的有效性.     

±500 kV双端柔性直流架空输电系统中混合式直流断路器重合闸操作暂态特性

±500 kV柔性直流输电系统采用架空线路输电方案时,输电线路出现暂时性短路事故的概率激增,需采用断路器实施重合闸以保障系统的可靠运行,目前直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)重合闸时的暂态操作特性尚不清楚。本文建立了含换流站关键设备和混合式高压直流断路器在内的双端±500 kV伪双极柔性直流架空输电系统模型,研究了柔性直流输电系统单极暂时性对地短路故障发生后,混合式直流断路器开断至重合闸过程的电磁暂态特性以及直流断路器关键参数对其开断和重合闸特性的影响。仿真分析表明直流断路器能够在5 ms内切断该故障;由于换流阀不闭锁,断路器开断后换流变阀侧电流未降至0。150 ms故障去游离时间后断路器可在4 ms内重合闸,换流变阀侧电流和极线电压将在200 ms内振荡上升至额定运行工况。此外,随着RCD支路电容C增大,断路器关断性能降低,而断路器重合时固态开关支路与机械支路电流转移速率则与RCD支路的电容C无关。研究成果可为±500 kV柔性直流架空输电线路断路器性能校验提供相应的数据参考。     

分布式光伏对线路自动重合闸的影响分析

为研究分布式光伏对线路自动重合闸的影响,从重合闸动作过程中分布式光伏锁相环的动态特性出发,分析了逆变器在重合闸动作过程中的暂态过程以及分布式光伏输出特性。然后根据光伏容量与本地负荷的不同匹配程度以及不同故障位置,分别讨论了光伏接入对于重合闸的影响。最后给出了考虑分布式光伏接入的重合闸配置方式。建议在重合闸时间整定上考虑孤岛保护动作及断路器完全断开的时间。     

应用附加电容的柔性直流输电线路自适应重合闸策略

针对柔性直流输电线路在故障跳闸后线路健全极与故障极不存在耦合关系和基于感应电气量变化特征的重合闸判据难以适用的问题,提出一种基于附加电容放电电压变化特征的柔性直流输电线路自适应重合闸策略。在直流线路跳闸后投入附加电容器,构建附加电容放电的数学模型,分析故障消失前后附加电容放电电压特征的差异。结合该差异设计出能有效识别永久性故障和瞬时性故障的柔性直流线路故障性质识别新判据,基于此故障性质识别判据实现对线路的重合闸。最后利用PSCAD/EMTDC平台搭建了线路模型,仿真验证了所提柔性直流输电线路自适应重合闸策略的有效性与可靠性。     

一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器

当柔性直流电网中的直流线路发生短路故障时,混合式直流断路器可以快速切断故障电流,从而实现故障隔离。然而,传统的混合式直流断路器的主断支路需要串联大量的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),使得经济成本较高,并且现有的混合式直流断路器多不具备故障性质判别能力。为了解决混合式直流断路器的成本高以及盲目重合闸问题,该文设计了一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器。该断路器通过预充电电容电压与避雷器动作电压配合,降低了避雷器的动作电压,从而减少了避雷器两端并联的IGBT数量。此外,该断路器利用永久性故障和瞬时性故障情况下充放电支路中电流幅值的差异,实现了自适应重合闸。该文首先介绍了所提混合式直流断路器的拓扑结构及工作原理,然后对故障发展过程进行分析计算并给出了断路器元件参数和数量设计的方法,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流输电系统进行仿真验证,并与现有相关方案进行了性能与经济性对比,表明了该文方案具有较好的综合性能。     

具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器

为解决直流电网故障隔离及重合闸判断问题,提出了一种具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器。该方案利用电容换流支路取代了传统混合型直流断路器的电力电子转移支路,与混合型直流断路器相比,其绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)数量降低了96.1%,大大降低投资成本。通过增加引流支路来降低避雷器耗能容量并有效缩短故障隔离时间,利用故障类型判别支路来判断故障类型是瞬时性故障还是永久性故障,避免重合闸于永久性故障线路,防止电力系统再次遭受故障冲击。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证所提方案的有效性,并与目前已有方案在器件使用量和器件吸收能量等方面进行详细对比分析,体现了所提方案具备较优的综合性能优势。     

多端口电感耦合型直流限流断路器快速重合闸策略

高压直流（high voltage DC,HVDC）电网是连接可再生能源与交流主网的主要载体,直流故障后的恢复速度对整个交直流电网的稳定性有重要影响。基于多端口电感耦合型高压直流限流断路器,提出一种与直流电网换流器控制策略相配合的快速重合闸策略。介绍了多端口限流断路器的拓扑结构,分析了换流器控制策略对故障隔离后直流电压的影响,并对限流断路器的重合闸时序进行了选择,形成了与风电场等弱交流系统连接的换流器-断路器协调配合重合闸的控制策略及逻辑流程。在4端双极直流电网仿真模型中,验证了所提重合闸策略具有冲击电流较低,故障恢复时间较短的优势。     

SF6断路器重合闸后开断瞬态恢复电压的研究

针对高压断路器重合闸于故障状态后的开断过程,依托特高压交流输电系统,对断路器重合闸后二次开断瞬态恢复电压(TRV)进行了研究.首先对重合闸前后两次开断暂态过程进行理论分析,再根据流注理论气体临界击穿判据及不同开距下的断路器电场分布,建立合闸预击穿电弧模型,并利用电磁暂态仿真程序ATP/EMTP,计算了故障后第一次开断及重合闸后二次开断TRV,同时研究了重合闸相角和故障类型及位置对TRV的影响.研究结果表明,重合闸后二次开断TRV峰值及上升陡度(RRRV)均高于第一次开断,开断难度增大;对于近区单相接地故障,重合闸相角为60°时,RRRV达到2.81 kV/μs(标准3 kV/μs);需要加以限制.     

基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术

为避免柔性直流系统重合于永久性故障,造成二次过流冲击从而威胁系统安全,需采用预先判断故障性质的重合闸方法以确保系统的有效重启和可靠恢复。针对配置有混合式直流断路器的架空线柔性直流输电系统,提出一种基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术。首先,提出直流限流电路拓扑结构并分析其工作原理,该拓扑由限流单元、吸能单元和故障性质判别单元组成,与混合式直流断路器串联接入直流线路。此后,结合故障发展过程,理论计算各阶段故障暂态电流、暂态电压的表达形式,并提出直流限流电路各元件的参数选择依据。最后,在PSCAD平台搭建系统模型并进行故障仿真,仿真结果表明所提自适应重合闸技术能准确判断故障性质,并具备较好耐过渡电阻能力。     

500kV交流场３/２接线中断路器选相合闸与 闭锁重合闸回路配合优化研究

直流换流站500kV交流场主要按照3/2接线方式设计,完整串一般接成线变串。在这种接线方式下,换流变要求中断路器具备选相分合闸功能,交流线路要求中断路器具备重合闸功能。分析从西换流站线变串接线方式下中断路器选相分合闸与重合闸的配合方式,指出选相分合闸装置的分合闸回路在某种方式下会误闭锁断路器保护装置重合闸回路,提出重合闸回路优化方案和建议。优化后的重合闸回路可更好地与选相分合闸装置配合,保证了系统的安全稳定。     

基于半桥型MMC和混合式DCCB的柔直系统直流故障自适应重合闸技术

架空柔性直流输电是进行大规模新能源远距离并网的有效方案。考虑到架空线瞬时性故障概率较大,需配置有效的重启方法来进行系统恢复。传统的自动重合闸方案在重合于永久性故障时,会对系统造成二次过流危害,且需再次跳开直流断路器,加大了断路器的制造难度。为此,该文提出一种基于换流站主动注入信号的故障性质判别方案。该方法通过换流站和断路器的主动配合实现电压信号的注入,并利用行波折反射和低压判据识别瞬时性与永久性故障,进而实现故障测距与自适应重合闸。该方案耐过渡电阻能力强,且不受故障类型的影响,具有较高的可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建半桥型MMC直流系统的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证所提方法在故障性质判断以及故障测距方面的有效性。     

发电厂送出线重合闸时机的优选与捕捉

在超高压电力系统中广泛采用三相和单相重合闸来提高电力系统的稳定性，传统的超高压输电线路重合闸采用继电保护跳闸经固定延时起动断路器再次重合的方法，对于瞬时性故障重合成功，但可能造成由于再次重合冲击使摇摆幅度暂时增大，对于永久性故障由于故障的再次冲击可能使电力系统失步。本文经理论分析和仿真计算后提出，对于不同的故障条件存在最佳重合时机，文中给出了优化重合闸的实现方法，经模拟仿真表明，重合时机捉捕正确，     

500kV线路保护两侧重合闸定值问题分析与处理

伊敏电厂伊换I线5053断路器U相电流互感器烧损,电流互感器与断路器连接母线脱落,造成U相接地故障。伊敏换流站伊换I线线路保护U相差动保护动作,5043断路器重合于故障点未能成功断开故障电流,造成5043断路器损坏。分析原因为故障线路两侧重合闸时间定值设置不当,使5043断路器未能成功断开故障电流所致。重新整定线路两侧断路器保护重合闸定值时限,使故障情况下两侧断路器保护有序配合,以避免线路故障时两侧断路器同时重合于故障而造成断路器损坏事故。     

减小电压暂降深度及持续时间的单相重合闸时序方案

为了减轻单相重合闸重合失败时敏感负荷的电压暂降深度及持续时间,提出一种单相重合闸时序方案。当线路发生单相接地故障且两侧保护动作跳开故障相断路器,利用故障分量概念构建故障附加状态网络,在线路两端分别接入附加电源,计算敏感负荷节点的故障分量电压。依据敏感负荷节点故障分量电压幅值大小确定重合闸时序,幅值小的一侧先重合。线路先重合侧重合后,后重合侧利用线路电压幅值大小判别是否开放重合闸。PSCAD/EMTDC仿真结果表明该方法不受过渡电阻和故障位置的影响,能够改善敏感负荷的电压电能质量。     

关于继电保护装置重合闸灯亮的浅析

电力输电线路故障大部分都是单相接地,采用自动重合闸技术能极大地提高供电可靠性和电力系统稳定性。输电线路发生接地故障后,保护启动断开断路器,条件允许后进行重合闸启动。当重合闸启动后,保护装置面板上有指示灯表示发生重合闸。正常情况下,当保护跳闸后进行重合闸,保护装置重合闸灯会亮,但当手合、遥合、就地合后,重合闸不启动,重合闸灯不亮,但此时重合闸灯若点亮,说明此状态不正确,可能因为控制回路有问题或是重合闸灯回路选用的驱动继电不对应造成的,将会对电网运行监控造成混淆,影响电网稳定运行。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

基于线路残余能量的柔直输电线路极间故障重合闸EI北大核心CSCD

在线路残余能量激励下,电弧会持续燃弧一段时间,现有重合闸等待瞬时性电弧自然熄灭后启动,耗时过长,不利于系统快速恢复供电。基于此,提出一种考虑主动消弧的自适应重合闸。提出引入接地开关,可增加线路电流分量,加快消散线路残余能量,降低电弧燃弧概率。针对瞬时性电弧熄弧速度的差异性,建立多次主动消弧方案。进一步借助皮尔逊相关系数表征差异性辨识故障性质。最后,在PSCAD软件中搭建柔性直流输电系统,与现有直流重合闸相比,提出的重合闸可加速降低线路残余能量,促进电弧熄灭,最长减少170ms的停电时间。     

输电线路二次自动重合闸方案的设计与验证

目前220 kV及以上电压等级线路二次重合闸的必要性与可行性研究尚无完善的技术路线,对于二次重合闸成功与否的影响因素缺乏深入研究,仅将其简单地归结为时间延迟的长短是不够合理的。针对这一问题,以东北电网220 kV及以上电压等级输电线路为研究对象,通过其历史故障信息、重合闸动作情况、以及手动强送结果的梳理和分析,论述了输电线路采用二次自动重合闸的必要性。然后,分析了输电线路重合闸成功与否的影响因素,解析了二次重合闸的时序动作过程。最后,设计了二次自动重合闸的重合方式、整定延时和动作逻辑,形成了较完善的二次自动重合闸方案,并进行了仿真验证。结果表明,所提出的二次自动重合闸方案对220kV和500kV电压等级线路具有良好的适应性。