直流开断与直流断路器

随着直流输电技术的快速发展,直流断路器的研制水平成为制约其发展的一个重要因素。对直流断路器研制的关键问题——直流开断进行了分析,综述了直流断路器采用的典型开断方法,并对实际系统中比较有代表性的3种直流断路器进行了介绍。     

直流–直流自耦变压器控制与直流故障隔离

推导直流–直流自耦变压器(DC/DC autotransformer,DC AUTO)内部交流系统的动态特性,设计直流自耦变压器的控制器,分析高压侧直流故障以及低压侧直流故障时,直流自耦变压器的响应特性,提出将MMC1、MMC3部分子模块改造为自阻型子模块以隔离高压侧直流故障及低变比时在MMC1、MMC3额外串联半桥子模块以隔离低压侧直流故障的方法,分析双向直流故障隔离能力对DC AUTO造价的影响,论文随后在PSCAD/EMTDC上搭建一个±320 kV/±500 k V 1 000 MW DC AUTO的仿真算例,验证所提控制器与故障隔离方法的正确性。以测试的DC/DC为例,常规DC/AC/DC技术所需要的换流器总容量为2 000 MW,而DC AUTO技术仅需1 020 MW换流器即具备DC/AC/DC技术的全部功能(包括双向直流故障隔离能力)。常规DC/AC/DC的损耗率约为1.8%,而DC AUTO的损耗率约为0.97%,在低、中变比下,DC AUTO具备取代DC/AC/DC的潜力。     

直流向上

2009年12月,向家坝—上海±800千伏特高压直流输电示范工程实现极I800千伏设备和直流输电线路带电。作为世界上目前规划建设的电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程,也是我国自主设计、自主建设的第一个特高压直流工程,向上工程将连接华东、华中两大电网,构筑西电东送具有划时代意义的一条大动脉。更为重要的是,继特高压交流试验示范工程顺利投运后,向—上工程将以自身的实践创新,再次证明特高压在优化能源资源配置、推动区域经济协调发展、提高国内电工装备制造业自主创新能力和国际竞争力等多方面的优越性和重要价值。     

直流伺服系统

伺服系统是指以机械位置或角度作为被控制量的自动控制系统,它又称为随动系统或伺服机构;电气伺服系统是以各种伺服电动机作为驱动元件的伺服系统.电气伺服系统具有高精度、高速度、高可靠性和易于控制等特点.     

超高压直流系统中的直流滤波器保护

介绍了超高压直流输电系统中的直流滤波器保护,分析了直流滤波器的特点以及超高压直流输电的各种运行工况对直流滤波器保护带来的影响,提出了直流滤波器保护的总体设计思想、相应的保护原理与方案,重点讨论了差动保护和不平衡保护的实现及其应该注意的问题。     

多端口直流直流自耦变压器

该文提出了一种多端口直流–直流自耦变压器的拓扑,该多端口直流自耦变压器用于互联多个直流电压等级不同的直流系统。提出了多端口直流自耦变压器的潮流直接分析法以及潮流分解分析法,推导了多端口直流自耦变压器中各换流器额定电压与额定功率设计方法,设计了多端口直流自耦变压器的控制策略。以一个三端口直流自耦变压器为测试算例,在PSCAD/EMTDC下仿真验证了多端口直流自耦变压器的技术可行性。以互联±250、±320 k V和±400 k V直流系统为例,假设±250 k V和±320 k V系统的额定输入/输出功率分别为500 MW和1 000 MW,采用常规的多端口直流–直流变换器技术所需要的换流器总容量为3 000 MW,而采用多端口直流自耦变压器技术所需要总的换流器仅为775 MW,所使用的换流器总容量仅为现有技术的26%,显著节省了成本,降低了运行损耗。     

直流系统直流断路器的选型配置

在电力系统中,直流电源系统是保证电网安全稳定运行的重要设备,其可靠与否对安全运行至关重要.通过对直流电源系统中额定电流的计算,并参照相关规程规,详细描述了直流断路器的类型选择与级差配合,供业内人员参考.     

多端直流输电工程直流高速开关直流燃弧特性试验分析

为了校核多端直流输电工程中直流高速开关偷跳后开关性能,文中结合直流高速开关实际运行工况,在西安高压电器研究院有限责任公司搭建直流高速开关直流燃弧试验平台,以ZKLW-550型开关为试品,国内外首次开展直流高速开关直流燃弧耐受能力试验验证。试验结果表明:ZKLW-550型开关经过DC 4 000 A、持续时间400 ms、共5次的烧蚀,未产生明显的外部效应,满足考核试验要求。研究还发现:直流燃弧试验中高速开关双断口弧压稳定在1 kV左右;动静弧头端部直流烧蚀严重,静弧触头较新触头缩短1.7 mm,重量检测减轻10 g;动弧触头烧蚀变形,无法利用工装正常拆卸动弧触头。文中的研究内容对直流燃弧试验回路设计和多端直流工程中直流高速开关的工程应用具有一定的参考价值。     

具备阻断直流故障电流能力的直流–直流自耦变压器

提出具备阻断直流故障电流的两端口直流–直流自耦变压器。共提出两种方案,分别为将直流自耦变的第一、第三换流器改造为具备阻断直流故障电流能力的换流器,以及在直流自耦变直流高低压直流端口间安装直流断路器。论述了两种方案的拓扑结构,推导了两种方案下所使用的换流器总容量随变比的关系,分析结果表明,安装直流断路器的方案所使用的换流器总容量少于改造换流器的方案。仿真验证了加装直流断路器方案的有效性,结果表明,在变比为1~2.5的范围内,两种方案下,具备阻断直流故障电流的直流–直流自耦变压器所使用的换流器总容量始终小于1.3倍互联功率,且所使用换流器总容量随变比降低而降低;而常规的直流–交流–直流变换技术无论变比如何变化,所使用的换流器总容量始终为2倍的互联功率。在PSCAD/EMTDC下仿真验证了所提出的保护方案的正确性。     

中压直流配电网中直流变压器工程化应用

文中针对中压直流配电网中直流变压器(DCT)的工程化应用问题,首先归纳实际工程对DCT故障快速恢复、高可靠供电及灵活控制的需求,采用带有隔离半桥的改进型子模块结构,分析其故障阻断、在线冗余、有载调压及均压控制功能。然后,讨论子模块取电方式、整机启动策略及绝缘设计等典型工程问题,比较多种解决方案并进行适应性分析。进一步,重点研究能效提升方法这一工程核心问题,分析硬件及软件上的能效提升措施,并分别从材料选型、高频变压器设计、控制策略改进、系统用能优化等方面提出相应优化策略。最后,探索小型化应用的工程推广前景,从特定场景设计、模块拓扑改进、新型材料应用3个角度分别提出一种小型化方案,阐明现有技术瓶颈并提出相应解决思路。     

高压直流输电系统直流滤波器的设计

直流滤波器是抑制高压直流输电(HVDC)直流侧谐波的最有效、最典型且应用最广泛的设施,其设计的优劣既牵涉到HVDC系统的运行性能和安全稳定性,又关系到整个系统总投资的高低。为深入研究直流滤波器的设计,首先总结了现有HVDC工程直流滤波器的配置现状,在分析直流滤波器电路结构和阻抗-频率特性的基础上,忽略电阻的影响,根据调谐点滤波器阻抗Z=0,推导了双调谐滤波器和三调谐滤波器设计的精确公式,提出了详细的参数设计方法,而公式有多组解,选取最大的串联谐振频率rω1那一组解,此时滤波器阻抗-频率特性在谐振点附近的曲线比较平坦,滤波效果最好。然后以HVDC实际工程直流滤波器参数进行验证,结果表明所提出的公式完全正确,可为直流滤波器的参数设计提供工程指导。最后以满足等效干扰电流为基本要求,对某HVDC工程的直流滤波器进行了实例设计。     

云南多直流线路直流调制方案研究

利用直流附加控制方式,即直流双侧频率调制和直流有功功率调制方式来增强系统的稳定性。通过直流线路的闭锁故障和500 kV交流线路的故障对比,分析得出采取多直流协同调制、直流调制与稳控装置的配合方式能增强系统的暂态稳定,并可减少系统故障后稳控装置的切机量,提高电网的经济效益。     

高压直流工程直流转换开关分析与仿

从理论上分析了直流转换开关的开断电流特点。考虑直流开断电流和输电线路参数,分别建立金属回路转换开关（metallic return transfer breaker,MRTB）、大地回路转换开关（ground return transfer switch,GRTS）和中性母线开关（neutral bus switch,NBS）等直流转换开关在各运行工况下的仿真模型,对以上3类开关直流电流转换过程进行计算分析。结果显示,各开关开断2次电流时,避雷器吸收能量分别为10.9 MJ、4.4 MJ和4.2 MJ。可据此来合理配置避雷器参数和数量,保证系统安全可靠运行。     

特高压直流双极区直流保护系统可靠性研究

双极区直流保护系统误动将导致双极强迫停运的严重后果,提高双极直流保护系统的可靠性是重要的研究内容。分析了特高压直流双极区直流保护系统的两种配置策略,建立了各配置策略的可靠性分析模型,推导出其可靠性公式和可靠性曲线图,结果表明集成到极保护系统的三重化配置策略具有更高的可靠性。阐述了双极区直流保护功能和动作策略,分析了双极中性母线差动保护、NBSF顺控逻辑和金属回线使能信号等关键技术问题并提出了优化方案。目前,部分优化方案已在多个特高压直流输电系统中实施,效果良好。最新的优化方案将在新建工程中实施。     

高压直流输电直流侧谐波电流计算

为计算高压直流输电工程的等效干扰电流,详细描述了给定两侧三脉动谐波电压源情况下如何计算沿线各次谐波电流的一套计算流程,包括直接流过直流极导线、接地极线路的谐波电流和感应到直流线路、接地极线路地线中的谐波电流。该计算流程分为2步:第1步,将直流侧系统作为一个整体用求解一般性电网络的节点分析法计算,在计算节点导纳矩阵时,直流输电线路作为一个网络元件采用全相耦合模型;第2步,在求得直流输电线路端口上的谐波电压之后,将直流线路分解为正序与零序网络,分别计算沿线各次谐波电流的正序与零序分量,然后再将正序与零序分量合成为整体谐波电流。在同等条件下,比较该算法的结果与电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的结果,两者基本一致,验证了所提算法的正确性。     

电动汽车用数字型直流-直流转换器设计

随着传统汽车污染的不断增加,以电动汽车为代表的新能源汽车迎来了机遇.而直流-直流( DC-DC)转换器是电动汽车中不可缺少的一种装置.为了吸纳数字型转换器的优点,以及符合宽范围输入电压的要求,电动汽车中用数字型DC-DC转换器已经成为新能源汽车领域中一个热门研究.然而,这种方法需要快速的动态响应.因此,根据其小信号模型仿真结果设计了一个两级转换拓扑的DC-DC转换器,并且设计了基于汽车级数字芯片控制的硬件电路平台和软件算法程序,并给出了DC-DC转换器的元件参数及测试结果.结果表明由数字芯片控制的DC-DC转化器是实时可编程的,也满足汽车电子的要求.     

特高压直流输电系统的直流转换开关研制

高压直流转换开关是高压直流输电系统中的关键设备,直流电流的分断需要采取一定措施产生人工过零点以创造熄弧条件,这和交流电流的分断是不同的。以特高压直流输电工程为应用背景,计算得出用于特高压直流输电系统直流转换开关的研制目标;采用无源型自激振荡原理,和断口串联型式的技术路线;通过理论分析和仿真计算,合理选取特高压直流转换开关的元件参数。研究开发的分断试验回路对特高压直流转换开关分断直流电流的性能进行验证,结果表明:样机在20ms内能够成功分断5.3 kA的直流电流,分断性能达到要求;残压试验和能量吸收性能均通过试验验证。     

双直流母线直流微电网的协调控制

为便于不同电压等级的直流负荷接入直流微电网,设计了基于双直流母线构架的直流微电网协调控制策略。双直流母线直流微电网由2电压等级不同的独立直流微电网通过双向DC/DC变换器连接构成。将锂电池超级电容组成的混合储能系统应用于直流子网中,并根据双向变换器两侧子网的电压–功率下垂特性,对两侧电压进行了归一化处理,提出了适用于连接2直流子网的双向DC/DC变换器下垂控制;最后,通过d SPACE验证了系统协调控制策略的可行性。实验结果表明,此控制策略可以根据2直流子网电压大小有效控制子网间的功率传输,实现了整个系统功率的平衡,提高整个系统的运行可靠性。     

特高压直流输电线下的直流离子流电场

针对特高压直流输电导线发生电晕的情况,采取测量试验来探究直流导线产生电晕以后导线下方的离子流对地面电场的影响。通过试验,得出直流导线产生电晕以后导线下方的合成场强、标称场强、空间电荷场强分别与导线电位成线性关系,正、负极导线放电电晕情况有差异以及标称场强在合成场强中的比重随高度变化而改变等。     

特高压直流输电线路分段直流融冰方案

针对融冰线路一般不是全线覆冰的情况,提出了在重冰区线路下方建设分段直流融冰站的分段直流融冰方案。融冰距离取100km,通过对特高压直流线路大截面导线融冰电流范围和融冰时间的计算,确定融冰电流为12 000A,所需融冰功率153MW。为满足融冰功率的需求,提出了分段直流融冰站所需交流电源的电压等级为220kV。最后设计了2套24脉动整流电路并联的分段直流融冰装置,并对装置的设备参数进行了设计选型。通过Matlab仿真软件对特高压直流线路的分段直流融冰进行仿真,结果表明设计的装置其融冰电流可达10 980A,且输出电压为24脉动,总谐波畸变率(THD)仅0.83%,验证了该方案的可行性。