基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法

柔性直流系统中双极短路故障电流的限流和对故障线路快速可靠的开断是实现柔性直流系统安全运行的重要保证。以南澳多端柔性直流示范工程为例,提出一种基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法。该方法结合超导材料特性,克服传统电流差动保护依赖额外电流测量设备的缺点,利用电阻型超导直流限流器失超时两端电压的正负,配合混合式直流断路器,实现有选择性的故障隔离。分析电阻型超导限流器在南澳多端柔性直流示范工程中的应用场景,在此基础上提出直流线路纵联保护流程和逻辑时序,最后在某四端柔性直流系统中进行仿真。仿真结果验证了该保护方法的可行性,可实现对直流线路双极短路故障的快速隔离。     

电阻型超导故障电流限制器应用于VSC-HVDC系统的位置优选研究

由于能独立控制有功、无功功率,无换相失败等优点,基于电压源换流器的高压直流输电系统(voltage source converter based high-voltage direct current,VSC-HVDC)系统被认为是未来电网的发展方向。但是,直流故障与交流故障快速有效隔离,成为影响VSC-HVDC系统发展的重要技术难题之一。为了解决VSC-HVDC系统故障隔离问题和限制故障线路过大的短路电流,应用超导故障限流器逐渐被人们重视。提出基于电阻型超导限流器的故障限流方法,并用所设计的两端双极性VSC-HVDC系统,分别在直流线间短路、直流线路接地短路和三相交流短路情况下,比较电阻型超导限流器可行的安装位置并证明所提限流方法的有效性。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真提出在VSC-HVDC系统中电阻型超导限流器的最优安装位置。     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

含限流器的多端柔直系统故障保护策略

针对采用模块化多电平换流器(MMC)的多端直流系统(MTDC)故障电流大、上升速度快,现有混合式直流断路器(DCCB)无法快速有效隔离故障区域的问题,提出一种新型故障处理策略。通过对比电感型超导限流器(I-SFCL)和电阻型超导限流器(R-SFCL)对短路电流的影响,选取更具限流优势的R-SFCL,结合实验建立其失超和恢复超导态的等效模型。在分析R-SFCL和DCCB配合原理的基础上,提出R-SFCL和DCCB配合的故障处理流程。基于舟山工程在PSCAD/EMTDC仿真平台上对所提新型配合策略加以验证,仿真结果表明该配合策略能够快速地隔离故障,实现非故障站的故障穿越,提高了MTDC系统的稳定运行能力。     

高温超导直流限流器的研究与应用综述

实现快速有效的故障限流是直流系统控制保护的关键技术之一,利用超导特性研制的超导直流限流器具有理想的限流性能,近年来得到广泛研究和持续发展.以超导模块呈现的限流效果为依据,归纳了现有高温超导直流限流器的主要类别和工作原理,阐述了超导材料对超导限流器限流性能和适用性的影响,梳理了超导限流器在直流系统中的接入方案,并结合超导直流限流器、换流器和直流断路器的配合关系,提炼了直流系统对配置超导直流限流器的性能要求,总结了超导直流限流器的演变规律,并指出其未来的应用趋势.     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

直流电网中限流器优化配置方法研究

柔性直流输电具有灵活、可靠的特点,成为目前直流输电领域的研究热点。但直流电网中发生短路故障时其短路电流较大,如何在直流侧故障时快速将其切除成为直流输电技术的研究难点。文章重点研究了柔性直流输电系统中限流器的优化配置。以目前研究较多的超导限流器为例,对柔性直流电网中的故障问题进行详细分析;基于超导限流器的特性,提出了考虑直流断路器切断容量和故障反应时间的限流器优化方法;选取算例在MATLAB平台上对该优化方法进行了验证,仿真结果表明该优化配置方法能有效的指导限流器的设计,提高其应用过程中的经济性。     

电阻型超导限流器失超电阻测量方法

针对安装于高压柔性直流电网中的电阻型超导限流器的失超电阻难以测量的问题,提出一种适用于高电压等级下超导限流器的失超电阻间接计算方法。该方法利用超导限流器样机失超电阻易于测量、对试验环境要求相对较低的特点,通过超导限流器失超电阻和其常温电阻之间存在的比例关系,基于热等效原理对超导限流器样机进行交流冲击试验,进而获得样机的失超电阻值;最后通过推算得到了超导限流器的失超电阻值。通过与仿真模型仿真值的对比证明了计算结果的准确性。     

超导限流器在多端直流系统中的应用研究（英文）

随着多端直流系统在电力网络中的应用引起了广泛关注,直流断路器的开断能力问题逐渐凸显,成为限制多端直流系统进一步发展的重要因素。为解决这一技术难题,提出了将超导限流器应用于多端直流系统的方案。在PSCAD平台上搭建了电阻型超导限流器的仿真模型,并通过一系列的物理实验对仿真模型的准确性进行校验,进而将此模型应用于一个典型的三端直流输电系统,研究了超导限流器对于网络中直流侧不同类型及不同地点的故障短路电流的限制作用。仿真研究表明,超导限流器具有明显的限流作用,同时不会影响多端直流系统的正常运行。     

分裂电抗型超导限流器的交直流限流特性

随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路电流的第一波峰值,限流作用比较明显,且在直流冲击下也有较好的限流作用。最后通过直流冲击平台对部分直流仿真结果进行了试验验证,试验结果与仿真结果基本一致。     

多端直流输电系统中限流电抗器配置研究

多端直流电网的故障暂态发展极快,因此在实际工程中一般需要配置限流电抗器来抑制故障电流的上升。但是,限流电抗器的配置在限制故障电流的同时,也会对非故障的部分产生影响,因此文中对多端直流输电系统中限流电抗器的配置进行了研究。建立了多端直流输电系统的故障计算模型,并给出了包含断路器各动作阶段的系统状态量的计算方法;分析了多端直流输电系统中限流电抗器的配置需要考虑的问题;以四端直流输电系统为例,针对不同的限流电抗器配置情况下的直流系统故障过程进行了仿真计算,并根据计算结果分析了限流电抗器对系统最大故障电流、换流站闭锁情况、直流母线过压情况和过电流衰减时间等问题的影响。     

考虑多节点条件约束的柔直系统故障限流器与断路器优化配置方法

首先建立了适用于多节点柔直系统的潮流及故障电流的数值计算优化模型,并在三端仿真系统中验证了所建模型的准确性.随后设置约束条件及目标函数,利用粒子群优化算法建立了多端柔直系统中故障限流器与断路器的优化配置数学模型.在3节点环网中进行优化求解,并将结果配置到仿真模型检验其限流效果,验证了所提优化配置方法的准确性.最后通过所提多目标粒子群优化算法对11节点柔直系统进行故障限流器与断路器配置的优化求解,并将所得结果与多目标遗传算法进行对比.结果表明,所提优化配置方法具有较高的普适性,可实现多节点柔直系统中故障限流器与断路器的低成本配置.     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

提高系统暂态稳定性的柔性直流受端电网故障穿越策略整定

随着大容量柔性直流输电技术日趋成熟,其在大电网中的应用愈发广泛。充分利用柔性直流灵活、快速的调节性能,设计合理的控制策略,有利于提升系统的安全稳定特性。文中重点针对柔性直流的交流故障穿越策略,利用扩展等面积法则(EEAC)分析了其影响系统暂态稳定性的机理。提出一种提高系统暂态稳定性的故障穿越策略工程优化整定方法。通过优化柔直在故障穿越期间的无功控制目标、低穿电压阈值、故障穿越期间的有功和无功电流限值以及故障穿越的恢复电压阈值,可显著提升柔性直流接入系统的暂态稳定特性。在规划系统仿真中验证了所提方法的有效性,可为实际柔性直流接入系统的控制策略优化及方式安排提供技术支撑。     

考虑故障限流器动作的直流电网限流电抗器优化配置

模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流是线路保护所面临的重要技术挑战之一。根据直流电网双极短路故障后电容放电机理,考虑故障限流器投入过程与直流断路器的切断过程,并兼顾了金属氧化物避雷器(MOA)的能量耗散特性,在PSCAD/EMTDC电磁仿真平台下,基于相域频变架空线模型,研究了投入故障限流器后的直流故障电流特性。在对称双极四端直流电网拓扑中,以各个直流出口故障点的直流断路器切断电流之和最小、故障限流器和直流断路器中的MOA吸收的能量之和最小作为两个目标函数,采用simplex算法对直流电网中各条直流线路的限流电抗器进行了多目标优化配置,并给出不同权重下的各条直流线路的限流电抗优化配置方案。     

基于限流电抗电压积分值的环状柔性直流配电网保护方案

直流故障电流上升速度快,故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用。为此,基于系统复频域模型提出一种基于直流线路限流电抗电压积分值的多端直流环网故障快速检测方法。首先,详细分析了多端环状柔性直流配电网中各元件的时域和复频域等效模型。在此基础上,给出了限流电抗电压的计算方法,其实现了系统等效模型在时域和复频域上的转化,求解简单,建模难度低,且对不同系统的建模有普适性。其次,提出一种基于限流电抗电压积分值的故障检测方法,其抗噪能力强且具有一定的耐受过渡电阻能力。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了所提计算方法的正确性和保护方案的可行性。     

多功能串联补偿器虚拟阻抗柔性限流及其运行机理

针对短路故障时冲击电流的柔性控制,提出了一种自适应虚拟阻抗柔性限流的多功能串联补偿器MFSC(multi-functional series compensator)拓扑结构及控制策略。分析其在正常运行和不同类型短路故障时的工作状况及模式切换过程,阐述三相四桥臂串联逆变器中引入虚拟阻抗的控制方法,建立短路故障数学模型,并给出虚拟阻抗和晶闸管支路限流阻抗参数设计方法。仿真及实验结果表明,MFSC能有效抑制不同类型短路故障电流,故障发生后,虚拟阻抗控制可实现电能质量补偿模式与限流模式间的平滑切换,实现故障电流与继电保护整定值相配和。     

综合FACTS和HVDC协调优化的大规模风电脱网控制方法

随着交直流混联电力系统的快速发展,目前灵活柔性交流输电系统(FACTS)和特高压直流输电系统在我国电力系统中已得到广泛应用,为近年来我国风电大规模脱网问题提供了新的控制技术和有效手段。分析了系统交直流故障后的风电脱网场景,表明抑制故障后系统电压大幅波动是减少风电大规模脱网的关键。在此基础上,阐述了事故前FACTS优化配置和事故后采取HVDC紧急功率支援协调抑制风电大规模脱网的必要性。并基于对风电场汇集母线电压波动的改善灵敏度,以保证系统安全性为前提,通过协调优化事故前FACTS动态无功补偿设备布点、容量配置和事故后直流紧急功率支援,提出一种风电脱网控制代价最小的FACTS和HVDC的协调优化方法,实现风电脱网的抑制和电网的经济运行。最后,以实际规划电网进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。