多端柔性直流配网过电流过电压协调防护研究

多端柔性直流配网因其诸多技术优势而成为未来智能电网的重要发展方向之一,其典型故障中的过电流和过电压防护方法研究是关键技术之一。本文针对±10kV三端柔性直流配网开展了典型故障下过电流和过电压仿真分析,提出了三端柔性直流配网过电流和过电压防护方案,并分析了系统过电流防护方案对过电压的影响以及过电压防护方案对过电流的影响。首先,针对某三端柔性直流配电系统,在PSCAD/EMTDC建立了电磁暂态仿真分析模型;其次,分析了系统双极短路故障时过电流的产生原因,并提出了两种限流措施及参数,在此基础上仿真分析了两种限流措施对系统过电压的影响;最后,基于上述仿真结果提出了系统避雷器配置方案,仿真分析系统在不同限流措施下关键设备的绝缘水平,以及系统在配置与未配置避雷器情况下对过电流的影响,最终提出了系统过电流和过电压的协调防护方法。研究结果可为多端柔性直流系统的过电流过电压防护方案选择提供参考。     

±10kV直流配电系统过电压与绝缘配合

过电压与绝缘配合是直流配电的关键技术之一,其研究结果对于直流配电系统关键设备的选型具有重要的指导作用。本文针对基于模块化多电平换流器(MMC)的深圳±10kV直流配电网示范工程,在借鉴传统直流工程和柔性直流输电工程研究成果基础上,结合直流配电系统自身特点,提出了两种适用于该系统的绝缘配合方案:一种为不配置避雷器,在过电压统计结果上乘以一个较大的绝缘裕度来确定设备绝缘水平;另一种为配置少量避雷器,通过避雷器的保护水平确定设备绝缘水平。基于PSCAD/EMTDC建立系统的内部过电压仿真模型,仿真计算了不同方案下典型故障时关键位置的过电压,并最终确定了两种方案下系统关键设备的绝缘水平,为工程设计提供了参考。     

柔性直流配电系统负荷波动对系统过电压及过电流影响研究

柔性直流配电系统因其诸多优势而成为未来智能电网的重要发展趋势,而系统故障中的过电压和过电流分析及其及防护方法研究是其关键技术之一。由于柔性直流配电系统所接入的负荷具有波动性和间歇性等特性,故针对±10 kV两端柔性直流配系统开展了负荷波动对系统过电压及过电流影响研究。分析了故障下电压和电流的产生机理、影响因素以及负荷波动对电压和电流影响情况,并提出了后续研究中负荷的等效建模方法。首先根据两端柔性直流配电系统拓扑结构,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序中建立其仿真模型。其次,根据系统接口设备拓扑结构,理论分析接口设备出口发生单极接地故障和双极短路故障下电压和电流的产生机理、影响因素以及负荷波动对电压和电流影响情况。最后,仿真验证接口设备出口发生单极接地故障和双极短路故障下负荷不同波动方式对电压和电流的影响,并提出负荷的等效建模方法。     

不同拓扑柔性直流配电系统过电流理论计算方法适用范围

柔性直流配电系统是接入新能源、促进分布式能源发展的重要技术手段,其过电流计算是限流方案设计、设备选型、保护策略等的研究基础。具有普适性的精确理论计算方法可以简化和指导过电流的大量电磁暂态仿真。因此,文中开展了放射状和环状柔性直流配电系统极间短路故障下典型过电流理论计算方法的误差原因、影响因素和适用范围的系统性分析。首先,分别分析放射状柔性直流配电系统中过电流的解析计算方法和环状柔性直流配电系统中过电流的数值计算方法,提出了理论计算方法产生误差的根本原因是线路模型误差和公共线路耦合等。然后,在不同拓扑结构下,分析限流电抗器、线路型式及线路长度等因素对过电流理论计算误差的影响。最后,针对不同工况,提出了不同拓扑结构的柔性直流配电系统过电流理论计算方法的适用范围。     

基于柔性直流的配电系统关键设备暂态电流研究

基于柔性直流的配电系统因便于新能源接入等优势成为了国内外研究热点,其中设备暂态电流特性是设备选型的重要依据。针对基于柔性直流的±10 k V配电系统关键设备的暂态电流特性,开展了理论分析、仿真计算和限流措施研究。首先基于系统的拓扑结构,分析并确定了各区域关键设备及其暂态电流决定性故障工况。在此基础上,采用理论分析和仿真建模计算相结合的手段开展了暂态电流的研究,通过仿真对比了不同阻抗限流电抗器的限流效果,考虑保护时间需求和断路器开断能力的要求,结合经济性、占地面积等因素确定了限制接入设备暂态电流的电抗大小。最后,理论计算和仿真分析了各区域关键设备暂态电流水平。计算结果表明,主换流器桥臂及子模块的暂态电流峰值为9.72 k A,线路上接入的两电平换流器暂态电流峰值接近6 k A,直流变压器直流母线暂态电流峰值接近7 k A。研究结果为±10 k V基于柔性直流的智能配电系统关键设备的选型提供了参考。     

复杂多端柔性直流电网源网限流设备协同优化配置

利用源网限流设备协同优化配置解决复杂多端柔性直流电网的故障电流抑制难题,成为相关领域的研究热点.首先,结合模块化多电平换流器(MMC)与电网的耦合程度,提出适用于复杂多端柔性直流电网的区域划分原则,以提高多端柔性直流电网限流设备参数优化的计算效率;然后,根据各区域的限流需求,结合MMC、直流变压器、限流电抗器及故障限流...     

基于柔性直流的±10kV配电网雷电侵入波过电压仿真

基于柔性直流的配电系统因方便新能源接入等各种优点而成为国内外的研究热点,过电压及防护是其重要研究方向之一。为此,针对某基于柔性直流的±10kV配电网开展了雷电侵入波过电压及防护措施研究。首先,依据±10kV配电网主接线形式分析换流器在雷电侵入波下高频模型的建模方法,并基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立交/直流侧雷电侵入波过电压仿真模型。其次,仿真分析了雷电流直击导线和雷击塔顶反击时换流器内各设备雷电过电压分布及影响因素,并对比分析杆塔侧加装L型避雷器对各设备雷电过电压的限制作用。仿真结果表明:交/直流侧不配置L型避雷器雷直击导线、反击塔顶时换流器承受最大雷电流幅值分别为50 k A/34 k A和28 k A/32 k A,而配置L型避雷器后交/直流侧承受最大雷电流幅值提高至75 k A。最后,根据交/直流侧雷电侵入波在各设备上形成的最大过电压,校核避雷器配置方案并确定关键设备的雷电冲击绝缘水平。计算结果表明:直流侧开关场设备、直流电抗器及交流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为60kV,而直流侧母线上设备、直流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为40kV。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

柔性直流配电网过电压及避雷器配置研究

柔性直流配电网在运行过程中可能发生各类故障,故障产生的过电压又会对直流配电系统产生重大的影响。综合考虑各类可能发生的故障,如交流侧母线故障、直流阀厅内部故障、直流断路器误动作和直流配电线路故障等,统计得到系统各个关键位置的最大过电压水平。为了对过电压进行限制,选用两种避雷器布置策略实现对系统的保护,仿真表明避雷器配置能够有效降低系统过电压水平。参考仿真结果,并考虑一定的绝缘裕度,进一步确定了设备的绝缘水平。     

舟山多端柔性直流输电工程系统设计

为了解决舟山群岛供电、海上风电送出等问题,规划设计了舟山5端柔性直流工程。舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程是目前世界上在建的端数最多的柔性直流工程。为了满足柔性直流换流站启动、运行与控制、检修的需要,研究提出了柔性直流换流站的主接线方案。开展了柔性直流系统主回路参数研究,确定了换流站主设备和直流电缆的选型及主要技术参数、换流站运行功率范围。通过交、直流过电压研究提出了换流站过电压保护及绝缘配合方案。提出的柔性直流换流站主回路参数确定方法、绝缘配合方案、运行控制策略等形成了完整的柔性直流系统整体技术方案。提出了柔性直流系统设计的完整技术思路、设计方法及工具,为我国多端柔性直流技术发展及工程应用提供了有力支撑。     

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。     

深圳柔性直流配电示范工程技术方案研究

随着电力电子技术和现代配电系统的发展,柔性直流配电可用于解决城市电网日益突出的高可靠性供电和分布式电源并网供电的实际需求。为了对中压直流配电系统的建设提供技术参考,基于当前已有的直流配电系统分析、控制保护、关键设备研制等技术研究工作,提出了在深圳市宝龙工业城建设±10kV多端直流配电示范工程的技术方案,明确了该示范工程采用的电气主接线形式、主设备选型方案、过电压与绝缘配合要求、系统运行方式、控制保护方案等关键技术内容。     

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。     

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。     

多端柔性直流电网中机械式直流断路器的操作过电压分析

随着风能、太阳能等可再生清洁能源的大规模应用以及柔性直流输电技术的进步，多端柔性直流电网得到迅速发展。作为保障柔性直流电网安全可靠运行的关键设备，直流断路器也受到了越来越多的关注。直流断路器能够快速切断故障电流，但同时也会产生操作过电压，这可能会危害系统的正常运行，因此文中对多端柔性直流电网中直流断路器的操作过电压进行分析。首先对几种直流断路器产生操作过电压的原理进行简要分析，之后以基于强迫过零的机械式直流断路器为例对各种情况下断路器操作过电压对于系统的影响进行详细分析，最后对分析结果进行了总结。     

10 kV/10 kA超导限流式真空直流开断技术及其试验研究

电阻型超导限流器可以自动、快速限制短路电流,人工过零型真空直流断路器具有设备成本低、动作速度快的优点,将两者结合可满足柔性直流输配电的要求。该文的研究目标是提出一种超导限流式真空直流开断方案,并验证该方案的可行性。首先分析了所提出的直流开断原理,然后设计了10 kV/10 kA样机,最后利用10 kV LC电流源进行了直流开断试验,预期电流峰值为10 kA。试验结果表明:超导限流模块可将10 kA短路电流限制至1.4 kA,与之串联的人工过零型直流开断模块在12 ms内开断限流后的短路电流。超导限流模块不仅可以有效制约短路故障的发展,还能吸收系统内电感储存的能量,抑制开断过电压,在有利于切除直流短路故障的同时提高开断可靠性;限流后的短路电流幅值较小,需要开断的电流值也较小,有利于降低直流开关模块的参数和尺寸,使设备结构更加紧凑。     

柔性直流配电网系统操作过电压的研究

操作过电压严重影响着柔性直流配电设备的安全运行,对其产生机理进行研究具有重要意义。以±10 k V柔性直流典型配电网为例,详细分析了交流侧区域、换流器区域和直流线路区域可能发生的各类故障,包括交流单相接地、阀底接地、阀顶接地、阀顶极间短路、桥臂短路、直流断路器误动作、线路单极接地和线路双极短路等故障类型,深入研究了各类操作过电压的产生机理。在系统控制保护和配置避雷器的基础上,详细统计了系统关键位置及设备的最大过电压水平。研究结果可为柔性直流配电网后续绝缘配合的研究提供参考。     

直流输电系统偏磁抑制措施引起的过电压研究

高压直流输电系统采用单极—大地回路运行方式时,巨大的入地电流会使接地极附近的变电站主变产生直流偏磁,影响主变及交流系统的安全稳定运行。电阻限流法和电容隔直法已成为抑制直流偏磁的有效方法,但会抬升主变中性点过电压水平,对绝缘造成威胁。在采用电阻限流法和电容隔直法后,对220 kV与500 kV典型变电站的主变中性点短路过电压及雷电过电压进行了计算分析,对中性点绝缘水平进行了校核,并从绝缘水平的角度对电阻限流法的电阻取值提出了建议。     

基于VSC的直流配电网限流电抗器位置和参数优化配置方法

直流配电系统发生故障后故障电流快速上升,通过安装故障限流装置能有效降低故障电流上升的速率,减小故障电流的峰值,保护系统中的电力电子装置。基于电压源型换流器构建双端柔性直流配电网模型,分析直流配电系统发生极间短路故障的故障原理和故障特征,研究限流电抗器在不同接入位置的限流原理和效果。考虑到换流器耐流特性、保护装置及断路器动作特性,提出基于限流电抗器的故障限流位置和参数优化配置方法,并通过PSCAD/EMTDC平台进行仿真优化,从而确定故障限流电抗器的最优配置方案。     

用于海上风电并网的柔性直流系统过电压和绝缘配合研究

柔性直流系统凭借其独特的技术优势,正逐渐成为大规模远距离海上风电并网的主流方案。鉴于国内外相关研究较为匮乏,文中针对用于海上风电并网的柔性直流系统,详细研究了其中的过电压和绝缘配合问题。首先介绍了用于海上风电并网的柔性直流系统的基本情况,包括拓扑结构、站内主要设备和接地方式。然后根据实际情况详细介绍了过电压和绝缘配合的基本原则,包括典型故障选取、电压观测点选取、避雷器的配置方案和参数选择方法。再基于电磁暂态仿真平台PSCAD/EMTDC,搭建了国内某规划海上风电场的±320 kV/1 100 MW柔性直流送出系统仿真模型;基于时域仿真,研究了柔性直流系统的过电压特性,并且基于提出的避雷器的配置方案,给出了柔性直流换流站的主设备绝缘水平。研究成果填补相关领域研究的空白,可为未来国内类似工程提供重要的参考依据。