多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。     

交流系统单相接地故障对柔性直流配电网的影响分析

针对双端柔性直流配电系统,对换流器交流出口处单相接地故障特征进行分析,说明交流侧故障对直流侧的影响,指出直流侧电压会出现工频共模波动,比较直流侧电容中点直接接地与不接地时的不同,讨论了电抗器参数及电容大小对电压波动的影响。基于DIgSILENT/PowerFactory搭建双端直流配电系统模型进行仿真验证,最后结合仿真结果,给出降低故障影响的改进建议。     

基于零模电流相关性的直流配电网单极接地选线方法

柔性直流配电系统最常见的故障是单极接地故障。发生单极接地故障后,系统出现故障极与非故障极电压不平衡的现象,对系统安全稳定运行产生威胁,对保护方案的快速性和可靠性提出很高要求。针对此问题,首先分析了柔性直流配电系统线路发生单极接地故障后的故障电流特征,然后验证了故障时线路两端零模电流分量的相关性,最后提出基于线路两端零模电流量相关性的柔性直流配电系统单极接地选线方案。该保护方案充分利用故障后系统固有暂态特征,无需利用边界元件构造边界特性。在实时数字仿真器(Real Time Digital simulator, RTDS)上搭建基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的柔性直流配电系统电磁仿真模型验证所述方案的有效性。结果表明该选线方案能够实现快速、可靠识别故障线路,且耐受过渡电阻、噪声、传输延时的能力强,不受交流侧故障影响。     

基于模块化多电平换流器的直流配电网接地方式选择

合理的接地方式是构建安全、可靠、高效直流配电系统的重要保障。针对基于模块化多电平(modular multi-level converter,MMC)换流器的直流配电网,首先介绍了其网络拓扑结构及组成,接着按交、直流侧接地点提出了3种典型的接地方案,并重点分析了不同接地方式对交流侧变压器阀侧单相接地故障、IGBT不闭锁情况下直流侧单极接地故障的影响,最后评估了交流侧联结变压器阀侧中性点接地作为MMC直流配电网接地方式的优势。研究结论为直流配电网的接地方式选择和保护配置提供了有益的参考。     

电压源换流器接地方式对直流配电系统的影响

针对低压直流(Low Voltage Direct Current, LVDC)配电系统分析比较了电压源换流器不同接地方式的优缺点。分别在换流器电容中点直接接地和高阻接地方式下,对换流器交流出口处不对称故障特性和直流线路单极接地故障特性进行了分析,并建立LVDC电磁暂态模型进行了仿真研究。对比系统不同工况下的暂态性能可知,电压源换流器电容中点高阻接地方式优于直接接地方式。高阻接地的方式对限制故障电流更为有利,同时也有利于直流配电系统故障消除后的快速恢复,这为未来直流配电系统保护方案的配置奠定了基础。     

VSC-HVDC系统中IGBT的开路故障特性分析

为了分析研究IGBT开路失效故障对于两电平柔性直流输电系统(VSC-HVDC)造成的危害,首先建立了单侧电压源换流器的IGBT开路故障仿真模型,分析研究了三相交流电流的畸变特性。然后搭建了柔性直流输电系统的IGBT开路故障仿真模型,理论证明了IGBT开路故障情况下系统交流电流、直流电压、直流电流的波形变化规律,并在此基础上提出了一种基于三相交流电流的IGBT开路故障诊断方法。最后给出了柔性直流输电系统IGBT开路故障的实验结果。仿真实验结果和理论推导均表明:当系统发生单只IGBT开路故障时,送端换流器和受端换流器交流电流都包含直流分量,但相比其他相,故障相的交流电流直流分量幅值最大,同时系统直流侧电压、电流都包含基频波动分量。     

基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。     

中压直流配电系统接地方式研究

在分析基于电压源换流器的直流配电网特点的基础上,从提高直流配电网供电可靠性出发,对中压直流配电系统的接地方式进行了研究。首先,分析了直流配电网的主要特点,即:广泛采用对称单极的结构;根据不同的电压等级可能采用两电平换流器或模块化多电平(MMC)换流器;可以通过联接变压器与交流系统相连,也可以直接与交流系统相连。在此基础上,分别针对两电平换流器和模块化多电平(MMC)换流器,分析了交流侧接地方式与直流侧接地方式的耦合关系,并以保证直流配电网供电的连续性和电能质量为目标,对直流配电系统的接地方式进行了研究。最后,针对直流配电网的运行场景,给出了直流配电系统接地的推荐方案,并通过仿真验证了方案的合理性。     

基于电流相关性的直流线路单极故障保护方案

目前,柔性直流配电网得到快速发展,但其直流线路保护方案还不成熟,特别是基于模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的直流配电系统,单极接地故障时故障电流不明显,给故障识别增加了难度。针对这一问题,考虑直流线路的分布电容效应,提出一种采用Pearson相关系数计算正负极电流相关性的单极接地故障识别方法。区内故障时,线路每端的正极电流与负极电流均呈强正相关特性,而区外故障时,靠近故障端的线路正负极电流正线性相关性较差。以直流电压变化率作为故障识别启动判据,给出具体的单极接地故障保护方案。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了光伏直流接入系统仿真模型并进行了验证,结果表明：该方案可快速、可靠地识别区内外故障,并具有一定耐受过渡电阻的能力。     

柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析

采用理论分析和仿真验证相结合的方法研究了柔性直流配电系统接地方式对其故障特性的影响。首先,介绍了柔性直流配电网的系统架构,确定了直流侧电容的接地方式;其次,分析了直流不平衡电压恢复的理论依据;接着讨论了联接变压器的接地方式对换流器交流侧不同位置单相故障的影响;随后分析了联接变压器接地方式对直流侧单极接地故障的影响,并讨论了不同过渡电阻情况下的故障特性。与电压源型直流输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)分析故障特性方法不同,为提高配网供电可靠性,在分析直流侧单极接地故障时,考虑了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)不闭锁的情况。最后讨论了在实际应用中实现IGBT运行在不闭锁状态下的方法。分析结果表明,接地方式对系统的故障过程和故障恢复过程有显著影响。分析方法和结论为柔性直流配网的接地方式选取、保护方案配置提供了参考。     

抑制高压直流换流站附近变压器中性线直流电流措施的研究

为了减小由于直流电流经换流变压器中性线的侵入而对交流系统产生的不利影响,笔者提出了一种抑制高压直流输电系统换流站附近交流变电站内变压器中性线直流电流的措施。对换流站附近变电站站内变压器发生直流偏磁现象的原因、机理及其危害进行了分析研究。在分析了同内外学者研究现状的基础上,提出了一种在换流变压器中性线串接小电容器并设置其旁路电路的新措施来抑制直流电流侵入的措施,并从对系统继电保护方面的影响进行了分析。仿真试验分析结果证明了该装置的有效性,表明了这是一种可靠有效地抑制变压器中性线直流电流的方法。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

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。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

换流变压器阀侧接地故障分析及保护优化

换流变是高压直流输电系统的重要组成部分。换流变阀侧自身无接地点,但直流侧有接地点,当换流变阀侧区内发生单点接地故障时,随着换流阀的导通和关断,故障电流呈现不规则的变化,换流变自身现有保护可能灵敏度偏低。极端情况下,当Y/Y接线变压器阀侧中性点发生接地故障时,换流变自身主保护无法快速动作。文中从换流变的结构及运行工况出发,定性概括了阀侧接地故障后的电流特征;分析了现有保护系统的特性;提出了基于零序差动和快速零序过流原理的换流变阀侧保护优化方案;并结合现场故障录波及实时数字仿真系统仿真波形对其进行了验证。验证结果表明,优化后判据可以有效提高换流变保护在阀侧区内单点接地故障下的灵敏度、动作速度及故障定位准确度。     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。     

直流融冰兼SVC装置开路试验解锁失败分析及处理

为找出500 kV桂林变电站直流融冰兼SVC装置在一次开路试验中解锁失败的原因.结合直流融冰模式下装置主接线方式和换流阀等效电路,通过分析直流出线侧及换流变低压侧电压波形,发现直流正极出线侧存在与换流变低压侧线电压UYCA相差30°的工频交流电压,导致换流阀不具备解锁条件;而工频向量分析结果显示阀侧A相存在单相接地故障,这是导致解锁失败的直接原因.现场检查发现Y桥换流变低压侧A相避雷器存在对地击穿故障,更换该避雷器后直流融冰兼SVC装置在直流融冰模式下开路试验解锁成功.     

基于广义变比的换流站集成保护新方法

随着交直流混联输电技术的发展,换流站保护的研究日益重要。根据换流站交流母线电压和换流器输出直流电压之间的换流关系,定义了广义变比,提出了基于广义变比的换流站集成保护新方法。该方法运用集成保护的思想对换流站进行区域划分,利用广义变比实现换流元件异常或故障的实时在线监测,并根据换流变压器阀侧套管CT电流特征进行故障元件的准确定位。通过故障分析和EMTDC/PSCAD仿真验证,保护在换流元件各种故障情况下均能正确动作。     

逆变站交流出线保护近区故障方向判别方法

逆变站作为交直流混合电网的核心枢纽，其故障特性相较于传统同步机更加复杂。逆变站交流出线发生故障时，受逆变站故障特性影响，传统基于工频量的保护无法正确动作。通过分析逆变站交流出线两端系统故障特性差异，基于R-L模型时域微分方程算法，提出了一种新型方向元件。当逆变站交流出线发生短路故障时，直流系统侧提供的故障电流和受端交流系统提供的故障电流特性差异极大，通过计算测量电压降落和计算电压降落变化趋势的相关系数，所提方向元件可正确判断故障方向。分析表明，所提出的方向元件适用于逆变站交流出线线路保护，且在逆变站仅有一条出线的情况下仍能正确动作。仿真结果表明，该方向元件具有良好的保护性能，不受雷击、故障类型、逆变站换相失败等因素的影响。     

多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制

因新能源渗透率高,多端口光伏分布式接入直流配电系统在并网换流器交流送出线路发生故障时应具备故障穿越的能力.然而,并网换流器与光伏直流变压器的容量、控制方式不同,即使两者在故障穿越期间可以相互高速通信协调,但是由于不同换流设备功率调节响应存在差异,直流母线电压容易发生较大波动,进而导致整个系统脱网.为此,提出了基于光伏端口电压调节的变功率控制方式,对直流配电系统有功功率进行动态补偿,可使直流母线电压快速恢复至额定运行点,解决交流故障导致的直流母线电压大范围波动问题,并给出了调节系数的整定与电压触发阈值的选取方式,从而实现可靠的故障穿越.PSCAD仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提方法在不同故障程度、系统在交流故障前运行在不同有功功率的情况下,光伏电站均能有效且快速调节有功功率,避免了直流配电系统中换流器闭锁,保障了并网换流器故障穿越的实现.