特高压换流站直流分压器二次侧过电压保护

特高压换流站遭受雷击时,将造成接地网暂态地电位升高。雷击引发的接地网暂态电位升高具有电压幅值高、频率范围宽等特征,其产生的瞬态电位能通过传导的方式耦合至直流分压器二次侧导致过电压保护器件动作。如果分压器二次侧过电压保护器件动作后不能及时恢复将引发继保装置误动作。阐述了直流分压器暂态响应特性,搭建了直流分压器模拟试验电路,开展了直流分压器二次侧放电管的动作恢复特性试验,并通过EMTP软件进行了仿真研究。结果表明目前换流站直流分压器二次回路放电管动作后不能迅速恢复工作状态而导致双极闭锁,而放电管串联压敏电阻方案对限制直流分压器同极性过电压侵扰并使分压器回路快速恢复至正常工作状态具有一定作用,实测与仿真研究结果可为特高压换流站内直流分压器二次系统的过电压防护设计提供参考。     

特高压直流分压器传变特性及其对电压突变量保护影响

直流分压器是特高压直流输电控制保护系统的数据源头,其传变特性对直流线路保护适应性提出了新的课题。针对这一问题,从直流分压器的传变特性分析着手,建立了直流分压器分压回路等值电路模型,推导了直流分压器的传递函数,分析了其阶跃响应动态性能。特别地,研究了二次分压板拓扑结构以及低通滤波器截止频率对传变特性的影响。利用PSCAD/EMTDC,构建了西南某特高压直流电磁暂态仿真模型,仿真研究了直流分压器传变特性对电压突变量保护的影响规律。研究表明,当二次分压板取消低压臂电容时,故障后分压器二次侧感受到的电压突变量较实际电压突变量更大,有利于提升电压突变量保护的灵敏性,提升保护抗过渡电阻的能力。研究结论可为特高压直流输电系统直流分压器选型提供指导。     

基于模糊聚类与识别的特高压混合级联直流系统过电流抑制方法

基于电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)的特高压混合级联直流(HC-UHVDC)系统受到工程和学术界的广泛关注.文中建立了整流侧采用双12脉动LCC、逆变侧采用LCC串联3个并联MMC的HC-UHVDC系统模型,分析了逆变站交流故障LCC换相失败导致直流过电流的产生机理,并提出了一种基于模糊聚类与识别的HC-UHVDC系统过电流抑制方法.该方法首先通过仿真对系统逆变侧交流故障时整流站多电气量进行模糊聚类,根据聚类结果识别的逆变站不同暂态阶段特征来提前设计分阶段的触发角指令值;当系统发生交流故障时再基于整流站本地信息及时调节整流站直流电压,从而快速抑制直流过电流.在PSCAD/EMTDC上的详细电磁暂态仿真结果表明,在逆变侧三相和单相金属性短路故障工况下,所提方法在一定程度上可以抑制逆变站LCC换相失败后的直流过电流和过电压,且可以显著改善HC-UHVDC系统的动态特性.     

直流输电系统紧急停运方式对系统过电压的影响

基于云广±800kv特高压直流输电工程的参数,研究了直流输电系统在最高电位换流变阀侧对地故障、逆变站闭锁而旁通对未解锁、逆变站交流电源丢失等三种故障工况下紧急停运方式对系统暂态过电压的影响,紧急停运方式包括移相、投旁通对闭锁和直接闭锁。分析结果表明,对于整流站换流变阀侧以及直流线路故障而言,采取故障后移相方式与直接闭锁相比可以更好地降低阀上的过电压;对于逆变站意外闭锁类型的故障,整流站5ms内移相的紧急停机策略可以显著降低逆变站极线上的过电压水平;逆变侧交流系统严重故障时,逆变站10ms内投旁通对的紧急停机策略可以最大限度降低高端换流变压器阀侧过电压水平。     

张北柔直电网直流分压器二次电压测量异常引起误闭锁机理分析及改进措施

针对张北柔直电网试验示范工程某±500 kV换流站系统调试期间发现直流电压测量异常导致换流器误闭锁事件,通过对站内直流分压器结构及设计原理进行分析,研究了换流器误闭锁机理.发现直流分压器物理结构存在一定设计缺陷,直流分压器二次分压板二次测量电缆1路断线情况下,引起另外2路测量电压异常升高,达到柔直电网直流控制保护系统过电压保护定值,换流器误闭锁.针对存在的问题,分别从硬件和软件2个方面提出了改进措施并加以验证,有效地解决了直流分压器二次故障引起电压测量异常以致闭锁换流器的问题,为柔直电网中直流分压器的设计和选型提供了参考.     

复奉特高压直流分压器二次电压异常原因分析

根据向—上工程复、奉两站特高压直流分压器二次侧电压异常跳变多发生在阴雨、雾霾天气的特征,文中从直流分压器的工作原理、内部电阻发热、外部电场畸变等方面对故障原因进行了分析。分析结果表明由直流分压器内、外电压差过大产生的径向放电而引起的分压器高压臂阻容元件短路是导致分压器二次侧电压跳变的原因。表面上污秽和潮湿环境下,直流分压器绝缘子外表面电场强度发生了强烈的畸变是产生径向放电的直接原因;实际上现有直流分压器在结构设计上存在缺陷使得直流分压器内部发热严重,在温度场垂直方向上呈现上高下低的梯度分布才是分压器出现故障的根本原因。电场作用下,正是由于这种温度梯度的分布与绝缘子表面积污相互耦合才使得分压器在内、外电压在径向方向上电压存在极大的差异,进而引发径向放电。为避免类似故障的产生,应高度重视现有直流分压器这种结构设计上的缺陷。在今后直流分压器的设计中,需对直流分压器结构进行优化或加强散热措施,最大限度地减小直流分压器内部垂直方向上的温度梯度。     

LCC-MMC型三端混合直流输电系统控制策略研究

整流侧采用电网换相型换流器(line commutated converter,LCC),逆变侧采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的混合型直流输电系统,结合LCC和MMC的优点,尤其适用于特高压直流输电应用场合。为了确保正常状态和故障状态下的稳定运行,文中针对混合型直流输电系统的控制策略进行研究。文中首先针对一个LCC整流站,两个MMC逆变站构成的三端混合直流系统,介绍了数学模型和整个直流系统的基本控制策略。然后针对基本控制策略下,逆变站中串联MMC存在的电压不均问题、整流侧交流系统故障时整流侧功率中断问题和逆变侧交流系统故障时的直流过电压问题,研究了用于改善系统响应特性的附加控制策略。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了对应的三端混合直流系统。通过比较采用附加控制策略前后混合直流系统的响应特性,验证了附加控制策略的有效性。     

特高压直流保护动作策略的研究

比较了特高压直流系统与常规直流系统在主接线上的区别，阐述了特高压直流保护的特点，划分了特高压直流保护的保护分区并配置了保护的测点，提出了特高压直流整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障时的保护动作策略，并采用电磁暂态仿真程序对整流侧或逆变侧换流变压器故障、阀短路故障进行了仿真分析，仿真结果表明提出的动作策略能够可靠退出相应的12脉动换流器，保证直流系统的继续运行。     

整流侧大容量变压器充电对高压直流输电工程运行影响分析及改进措施研究

大容量变压器充电过程中产生的励磁涌流是交流系统常见的二次谐波来源之一,因高压直流输电工程固有运行特性,整流侧交流系统100 Hz谐波分量经直流换流阀转变后在直流侧呈现为50 Hz谐波分量,在直流线路谐波放大作用下,极易引发逆变站50 Hz谐波保护误动,甚至导致高压直流输电工程多回、多极闭锁,故在工程规划设计阶段需全面充分评估整流侧交流系统大容量变压器、换流变压器充电对直流工程运行的影响,同步策划解决方案。以某直流工程整流站换流变压器充电及整流侧交流系统电厂主变充电期间逆变站两起50 Hz保护动作为例,详细分析了保护动作原因,明确了整流侧大容量变压器、换流变压器充电对该直流输电工程安全运行的影响,并提出了后续运维建议及彻底整治措施研究的技术路线。     

HVDC引起次同步振荡暂态扰动风险的机理分析

该文揭示一种由高压直流输电系统(high voltage DC,HVDC)引起的次同步振荡暂态扰动风险的产生机理。首先分析逆变侧交流系统扰动时,HVDC逆变站换流阀组的电流更替规律,从而得到交流系统故障造成逆变侧换相失败时,HVDC交、直流系统的等值回路。等值回路分析表明,换相失败发生时,直流线路等效短路,同时逆变侧交流系统部分或全部等效开路,并且直流短路电流全部由整流侧交流系统经三相整流桥提供。因此,流入整流桥的交流电流远大于正常值,会造成整流站附近发电机功率和转矩的暂态冲击,激发初值较高的轴系扭振,形成次同步振荡暂态扰动风险。采用时域仿真方法验证了HVDC电流更替规律和等值回路的分析结论,并仿真再现了实际系统中发生的由HVDC引起的次同步振荡暂态扰动现象。文中的研究成果为交直流互联系统次同步振荡风险预测和分析提供了新的理论依据。     

特高压直流单换流器退出引起过压问题的分析及优化

换流器投退是特高压直流输电工程的关键技术之一,在站间通信故障的情况下整流侧一台换流器因故障退出可能会导致本极另一台运行换流器的过压问题,使过压保护动作最终闭锁该极。本文以滇西北—广东±800k V特高压输电工程为参照对象,从控制策略的角度分析了不同工况下过压问题的成因,并提出了针对性的优化策略,通过在整流侧短时调整电压参考值,在逆变侧短时调整电流裕度,有效抑制了站间通信故障情况下整流侧故障退出换流器造成的过压问题。借助实时数字仿真仪(RTDS)仿真系统,验证了该控制策略的有效性,对后续的特高压工程具有参考价值。     

特高压直流换流站二次设备回路传导电压干扰特性研究

准确分析特高压直流换流站二次设备回路电磁干扰特性是制定相关防护措施的前提和依据。文中以某±800 kV特高压直流输电工程为对象,分别建立了换流阀、换流变、平波电抗器等一次回路元件的宽频等效模型,进而得出了一次回路传导电压干扰特性,再采用二次电缆和电容式电压互感器宽频等效模型,对各类工况下二次设备回路的传导电压干扰特性进行了分析,并分析了电缆长度、负载率等因素的影响。     

基于暂态最高电压约束的直流整流站技术要求

为了能够为特高压直流整流站选址及无功配置提供快速量化方法,通过分析直流故障后,典型直流整流站交流母线暂态电压曲线,揭示了整流站交流母线暂态电压升高的两阶段特性,即甩负荷后的电压突升和电容压升效应下的爬升阶段。根据两阶段特性,建立了整流站交流母线暂态最高电压解析计算方法。在此基础上,建立了整流站短路比与暂态最高电压之间的解析表达式。计算结果表明,基于直流整流站交流母线暂态最高电压限值标幺值不超过1.3要求,接入500kV交流电网整流站的最小短路比不应小于3.6。根据短路比要求,可以反向推导直流最大可输送功率,方法应用于上海庙-临沂直流,表明在配套火电6 000～8 000 MW时,直流最大可输送功率为8 100～9 300 MW配套两台300 MVA调相机后,直流可以在配套6 000 MW电源下,达到额定功率10 000 MW运行。     

混合级联特高压直流输电系统旁通对过负荷保护优化

为解决混合级联特高压直流输电系统中存在的旁通对过负荷保护误动问题,本文分析研究故障后的电流回路和保护误动机理,提出采用换流器高、低压侧实测电流的保护判据.针对站间通信中断下执行极闭锁时逆变站旁通对过负荷保护动作的情况,提出逆变站电网换相换流器(LCC)合旁通开关(BPS)的策略,并研究相应的保护定值整定方法.实时数字仿...     

直流线路故障再启动功能与换流变中性点偏移保护配合策略分析北大核心CSCD

文中对一起现场故障案例中直流线路故障再启动失败后逆变站换流变中性点偏移保护动作的机理进行了分析,指出保护动作的原因是由于直流线路故障点与整流站Z闭锁投入的旁通对形成了对健全极直流电流的分流回路,导致故障点无法熄弧、整流站旁通对无法关断;然后,逆变站Y闭锁投入的旁通对与整流站旁通对再次形成了分流回路,导致逆变站换流变单相接地,换流变中性点偏移保护动作。进一步地,结合直流输电工程运行情况,提出了可有效避免逆变站旁通对与线路故障点、整流站旁通对形成分流回路,换流变中性点偏移保护动作的改进措施。     

多直流协调的新能源送端地区暂态过电压抑制策略

针对直流闭锁故障导致的高比例新能源多直流送端系统暂态过电压问题,文中首先分析多直流间的交互影响机理,引入多馈出电压交互作用因子,揭示了直流闭锁导致其他健全直流近区域交流系统暂态过电压的根本原因。其次基于直流闭锁故障下调相机不同时间尺度的无功特性与整流侧换流母线电压的定量关系,在改进直流系统整流侧控制的前提下,于整流侧母线处投入调相机并以调相机暂态无功特性对其容量进行配置,降低了调相机所需投入容量。然后整合了调相机与整流器的无功调节能力,据此提出多直流、多无功设备协调配合的暂态过电压抑制策略。最后在PSCAD仿真平台中搭建两直流送端系统模型,验证了所提协调策略对暂态过电压的抑制效果以及调相机容量的配置效果。     

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路以及边界的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用,得到当故障发生点与保护安装点的距离大于 时,线路对频率为 高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用的结论。证明特高压直流输电系统整流侧和逆变侧关于直流输电线路中点对称,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理和动作判据,该原理能实现特高压直流输电线路全线保护。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

云广直流逆变侧直流电压测量偏低时直流系统响应特性仿真研究

针对近期云广直流多次出现因逆变侧直流电压测量值偏低导致直流系统电压异常升高的问题,结合控制策略对电压异常升高的原因进行了详细分析,并通过大量RTDS仿真试验,研究了不同故障程度、功率水平和运行方式下发生逆变侧直流电压测量偏低故障时直流系统的过电压水平和控制保护响应特性。仿真结果表明,不同的故障程度、功率水平和运行方式下直流系统表现出不同的控制保护响应特性;逆变侧直流电压测量偏低会造成直流系统过电压;大功率模式可缓解直流过电压水平;而降压运行相比全压运行工况下电压控制功能较不稳定,在故障程度较大时有系统失稳和崩溃的风险。最后,从现场运维的角度,对逆变侧直流电压测量偏低可能导致直流过电压或闭锁的风险进行评估,提出运维建议,为现场运行人员提供参考。     

直流逆变端扰动对整流端影响机制及应对措施

特高压直流大容量送电使交直流相互作用程度加剧,直流传播逆变端交流电网扰动及其对整流端电网的影响,已不容忽视。该文首先建立了直流异步联网测试系统;研究了逆变端交流电压慢速起伏波动,以及快速跌落与恢复两种动态过程中,换流器触发角以及直流电流的暂态响应轨迹,揭示了直流传播逆变端扰动的机制;研究了整流站受扰功率响应特性,以及交流电网强度、直流控制参数等因素对其影响。在此基础上,针对哈密—郑州?800 kV/8 000 MW特高压直流输电工程中,逆变端故障引发整流端过电压冲击威胁,提出了加强电网结构和优化网源稳态无功配置的缓解措施,仿真结果验证了措施的有效性。     

两类逆变侧控制策略对系统电压与直流主回路设计影响

针对高压直流输电工程逆变站通常采用的定关断角与定电压两类控制策略对系统电压与直流主回路设计的影响进行研究。首先从控制系统原理入手,分析了逆变侧定电压与定关断角两种控制策略的逻辑区别;然后利用电力系统分析计算软件PSD-BPA,模拟了换流站投切滤波器分组的实际工况,明确了两种控制策略在系统电压调节特性方面的差异;最后基于某实际高压直流工程的系统条件和运行参数,借助实时数字仿真系统,校核了定电压与定关断角两种控制策略下系统电压的暂态与稳态恢复特性,进一步验证了相关结论。在此基础上,研究并论证了两种控制策略对于直流换流站无功补偿容量、额定空载直流电压等直流主回路设计基本结论以及主要设备参数的影响。