一种快速切除HVDC输电系统接地极线路接地故障的方案

兴安直流输电系统逆变侧接地极线路与直流线路同杆并架敷设.在直流线路遭雷击后,接地极线路因感应过电压继发接地故障,在高压直流(HVDC)输电系统单极故障重启不成功的条件下,两回并行的接地极线路不平衡电流保护动作,导致直流输电系统双极闭锁.为了彻底消除接地极线路故障导致的HVDC输电系统闭锁现象,提出在换流站接地极线路出口处装设直流断路器灭弧的方案,并相应调整了接地极线路的控制和保护策略.     

鱼龙岭共用接地极线路检修对换流站内变压器及人身安全的影响

多回直流共用接地极,其中一回接地极线路开展检修工作,另一回直流恰处于单极大地运行时,运行电流经接地极入地,其中部分电流流入检修侧杆塔接地装置,通过杆塔、检修接地线以及接地极线路流入换流站接地网,对换流站内设备及人身安全产生影响。以鱼龙岭极址土壤参数为基础,利用电力系统接地分析软件CDEGS计算分析了鱼龙岭共用接地极一回直流单极大地运行(额定电流),另一回直流接地极线路检修时,经由杆塔接地装置、永久/临时接地线、接地极线路以及换流站接地网共同构成的回路最终流入换流站接地网的电流可能引起的跨步电压、接触电压等人身安全风险,评估了换流站变压器直流偏磁风险。计算结果表明,接地极线路检修时流入接地网的电流不会引起人身安全风险,但会造成穗东站变压器偏磁电流超标。     

双极MMC-HVDC系统故障限流及换流器快速重启策略研究

随着模块化多电平换流器直流输电(modular multilevel converter based HVDC,MMC-HVDC)的快速发展,远距离大容量架空线直流输电系统随之出现。相比于电缆线路,架空线输电易发生短路、闪络等瞬时故障,必须采取相应措施限制故障电流,避免系统停运。针对架空线真双极MMC-HVDC系统,分别从交流系统和换流阀的角度分析架空线路单极接地故障的等值电路模型和故障特性,推导故障电流的解析表达式。提出了一种新型故障限流模块,可有效抑制闭锁后短路电流幅值。依靠该限流模块的限流能力,设计了换流站快速重启策略。仿真结果证明,该限流方案可有效限制桥臂电流的大小及上升速率,消除系统交流侧及换流器内部续流二极管的过流危害,减小直流断路器的动作难度,加速故障极换流站重启,减少系统停运时间。     

南方电网直流工程共用接地极的风险及影响分析

对于共用接地极的直流系统,存在其中一回直流单极大地运行或存在入地电流时,另一回直流开展单极大地、金属回线转换的操作,在此过程中接地网过流则导致保护动作闭锁,运行极和接地极线路刀闸开断能力不够等系统问题和设备问题.研究了共用接地极情况下金属、大地转换过程中存在的风险,包括对设备选型和控制保护的影响,以及共用接地极入地电流在换流站的分流关系及形成的电位分布,明确共用接地极入地电流对换流站的人身和设备的安全影响,并指出了共用接地极在接地极线路检修时对站内的影响.     

考虑线路电容的MMC-HVDC系统 直流接地故障电流计算方法

研究模块化多电平换流站直流侧故障的暂态特性,对直流系统保护配置的设计、系统参数的优化等有重要的工程意义。考虑直流线路对地电容的影响,提出了一种直流侧单极接地故障电流计算方法。首先对直流线路进行π型等效处理,分析了MMC-HVDC系统在三种不同接地方式下的直流侧单极接地故障电流的产生机理。对不同接地方式下的换流站进行数学建模,基于基尔霍夫定律建立系统的微分方程,通过Matlab求解系统的故障电流。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立MMC-HVDC直流系统模型。仿真结果验证了故障电流算法的精确性。     

脉冲注入法和单端故障行波法相结合的直流输电系统接地极线路故障测距

分析了直流输电系统在单极运行方式下,接地极线路故障暂态行波和外部注入脉冲信号在接地极线路上的传播过程。以此为基础,提出一种将脉冲注入法和单端故障行波法相结合的接地极线路故障测距方案。首先通过在换流站直流中性母线处监测接地极线路故障暂态行波识别线路是否发生故障,在线路故障暂态过程结束后从中性母线向线路注入脉冲信号。根据脉冲注入法得到初步测距结果,并以此确定故障区段。然后,根据确定的故障区段,进一步用单端故障行波法再次获得测距结果。最后,对两次测距结果取平均值,作为最终测距结果。以PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了直流输电系统在单极运行方式下的接地极线路故障测距仿真模型。并借助Matlab对仿真波形数据进行分析,表明所提出的接地极线路故障测距方案是可行的。     

接地极线路阻抗监视装置在天广直流输电工程中的应用

接地极线路作为高压直流输电工程的重要组成部分,直接影响高压直流系统的可靠性,接地极线路故障的检测技术值得深入探讨。分析了±500 kV天广直流工程中接地极线路阻抗监视系统的原理特点以及构成。应用表明:国产的接地极线路阻抗监视器在天生桥换流站能正确检测出接地极线路故障,人机界面友好,维护简单。高压直流输电工程的接地极线路的故障检测不再依赖国外。     

特高压直流接地极线路内部过电压机理及特性分析

接地极线路是特高压直流输电系统的重要组成部分,为对特高压直流接地极内部过电压机理及特性进行分析,介绍了接地极线路电压响应传递函数,使用电力系统分析软件MATLAB Sim Power System建立了±800 k V宾金直流工程过电压计算模型,对紧急停运、接地极线路单侧接地、直流系统高压侧接地3种情况下接地极线路的内部过电压进行了比较,重点分析了高压侧接地点位置、直流滤波器、高压直流线路长度、接地极线路长度对单极故障下接地极线路内部过电压的影响。分析表明高压侧接地所导致的接地极线路内部过电压最严重;接地极线路长度、直流线路长度和高压侧故障点位置影响接地极线路内部过电压幅值和频率,直流滤波器则决定了过电压振荡频率;直流接地极线路绝缘水平应根据直流工程具体情况确定。     

MMC换流站阀侧交流接地故障电流解析

对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)换流站阀侧交流接地故障特性进行研究发现：阀侧交流系统发生金属性接地故障时,故障点入地电流由下桥臂电容放电电流和上桥臂以及对端桥臂电容放电电流构成,网侧交流系统不会馈入入地电流;带过渡电阻接地故障时,网侧交流系统将通过过渡电阻作用于故障点入地电流。详细推导了三相接地故障和单相接地故障下的入地故障电流和桥臂电流的数学解析式。采用RTDS仿真验证了该表达式的正确性。由于阀侧交流出口处电位被钳制为0,因此上桥臂的子模块电容将产生过电压。下桥臂与故障点构成放电电容回路,下桥臂流过的故障电流迅速增大,且无法通过断路器切断故障电流。因此,建议采取可靠的限流措施避免阀侧故障对换流站等一次设备造成严重伤害。     

阀区故障引起的接地极不平衡保护动作分析

介绍了一起直流工程阀区直流穿墙套管对地闪络故障引起的众多保护动作及直流控制保护系统响应过程，对该故障所引起的接地极电流不平衡保护动作进行了分析，找出了导致接地极电流不平衡的故障点及引起接地极故障的原因，即穿墙套管接地引起接地极区域过压，进而造成放电间隙不够的接地极线路招弧角被击穿放电，并提出了对损坏的招弧角进行放电间隙的调整或更换等优化建议。     

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。     

基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

一种考虑接地极选址及受端电网结构的偏磁电流减小方法

基于受端电网的结构和接地极的位置对直流偏磁电流的影响,分别分析了交流电网各变电站不同联结方式下,换流站和相邻交流变电站在典型连接结构下的直流偏磁电流（DCBC）水平。分析了影响换流变压器和交流变压器DCBC值的因素,阐述了接地极选址及受端电网结构对变压器DCBC值的影响机理。考虑到受端电网结构和接地极的位置选择,提出了一种降低换流变压器和交流变压器的DCBC的方法。可从系统运行方式选择,接地极位置选择,电网结构规划设计等方面分析抑制DCBC的措施,建议在规划和设计阶段对换流变压器及交流变压器进行偏磁电流的防治。     

直流输电共用接地极线方式的保护特性

分析了传统接地极保护用于共接地极线模式时存在的不合理性。利用电路原理对共接地极线模式下各类故障时的电气参数进行计算得出:当接地故障发生在共接地极线处时,故障点离接地极点越近,各系统的保护装置测得的不平衡电流越小;当接地故障发生在各自独立接地极线上时,故障点离直流开关站越近,故障侧的保护装置测得的不平衡电流越大,与正常运行侧的保护装置测得的不平衡电流情况相反。由此得出:断线故障时的不平衡电流为固定值;单线故障对过电压保护影响不大;双极运行系统不平衡电流对保护的影响与其流入方向和大小有关。最后,针对故障电流特性,建议对不平衡电流保护进行故障定位及反时限功能的改进。     

双极MMC-HVDC系统站内接地故障特性及保护策略

针对双极柔性直流输电系统模块化多电平换流器(MMC)交直流出口接地故障,研究了换流器闭锁后的电压电流暂态特性,并推导了故障分量的数学解析式。研究结果表明,交流出口发生单相接地故障时,换流器闭锁后非故障相上、下桥臂分别出现了过电压和过电流现象,并且交流侧电流出现直流偏置导致故障相短路电流不存在过零点。直流出口发生单极接地故障,换流器闭锁后桥臂短路电流主要由交流系统注入的稳态电流和上下桥臂电抗间衰减的环流构成。针对交流出口发生单相接地故障这一特殊的故障特性,提出了一种选相跳闸保护策略,解决了故障电流不存在过零点时交流断路器无法正常断开的难题。最后搭建了张北四端环网结构柔性直流电网仿真模型,仿真结果验证了换流器出口故障特性分析的准确性以及所提选相跳闸保护策略的有效性和可行性。     

LCC?HVDC逆变侧换流站近区交流线路高阻接地故障保护

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)换流站近区交流线路高阻接地故障切除不及时易引发连续或后续换相失败,造成换流站单双极闭锁,威胁着系统运行安全性.文中分析了影响零序差动保护动作特性的关键因素,指出高阻接地故障保护需从传统的阈值整定模式调整为对被保护线路故障支路特性变化的定性描述和甄别.基于弧光高阻接地故障支路的非线性伏安特性辨识以及同塔并架相邻线路广域方向信息的配合,提出了适用于LCC-HVDC换流站近区交流线路的高阻接地故障启动元件、方向元件及保护方案.最后,通过仿真验证了保护方案的有效性.     

柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。     

计及换流站闭锁的多端直流系统限流电抗器优化配置策略

多端直流系统故障电流上升速度快,仅靠直流断路器无法可靠隔离故障,需要配置故障限流器降低故障电流上升速度.目前,多端直流系统故障限流器配置方法大多未考虑故障后换流站闭锁的情形.文中提出了一种计及换流站闭锁的多端直流系统限流电抗器(CLR)优化配置策略,给出了换流站闭锁方案,以减小换流站闭锁对交流电压的影响.提出用于优化配置分析的故障位置选取方法,可以获得最严重故障场景,从而保证了最终的CLR配置方案最优.基于柔性四端直流系统,详细分析了2种不同场景下CLR的优化配置.结果表明,所提策略能够得到不同换流站闭锁情形的CLR优化配置方案,可为实际直流电网工程的CLR配置提供参考.