牛从直流从西站典型故障仿真分析研究

本文分析牛从直流从西站发生各典型故障时的发展趋势以及控制保护系统的动作原理,找出当前系统存在的不足,以提高直流系统运行可靠性。在牛从直流PSCAD/EMTDC仿真模型中设置从西站多种故障,对故障发展趋势以及控制保护系统动作原理进行深入研究发现:从西站换流变以及阀区故障都会引起换相失败;换流变网侧故障对直流系统影响有限,故障消除后系统可恢复正常;阀短路、换流变阀侧故障以及阀桥之间母线接地时,保护会迅速动作隔离故障;直流出口短路将导致两站接地极长时流过高压直流电流,建议提高保护灵敏度。     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

考虑直流控制的换流器交流侧故障及其保护动作行为分析

直流输电系统换流器交流侧故障时,换流器保护对交流侧故障的保护边界不明确,换流器保护与故障间的对应关系也不明确。为进一步明确换流器保护响应与交流侧故障间的关系,在考虑直流系统控制作用以及换流器工作状态切换的基础上,建立了基于回路叠加的换流器故障分析电路,对交流侧故障时换流器各保护的动态响应特性进行了分析。在此基础上,采用基于实际参数的EMTDC模型对交流侧故障下换流器保护的动作行为进行了分析。分析表明:换流器差动保护可反映换流器交流侧的接地故障;阀短路保护可以反映其所在桥互感器阀侧的相间故障;阀组差动保护仅能反映D桥交流侧单相对地故障;桥差保护则反映的是其所在桥以外的另一桥互感器阀侧的相间短路故障。     

云广直流工程换流器交流侧接地故障仿真分析

云广直流输电工程采用双12脉动换流器串联的特殊结构,其换流器发生故障时的运行特性有待研究。基于云广直流输电工程控制保护系统的RTDS仿真实验数据,研究了站间通信处于正常和故障两种状态下的换流阀的交流侧接地故障,发现故障电流由于周期性的两相短路和三相短路从而形成周期性变化,建议增加直流极差动87DCM保护动作延时以避免保护动作可能扩大停电范围。     

一种直流近区交流线路短路电流实用计算方法

直流近区交流线路发生短路故障时,会引发换流站发生换相失败,形成交流系统故障和直流系统换相失败故障叠加而成的复故障,与传统交流线路短路故障表现出的特性有较大差异。首先给出直流换流站的工作原理,分析交流系统短路故障引发换流站发生换相失败期间的换流桥通路,从换流站晶闸管导通关断的角度给出复故障期间直流近区交流线路保护安装处测得的短路电流的变化情况、短路电流极大值与短路故障发生时刻的关系,给出单相短路故障期间直流近区交流线路换流站侧可以达到短路电流极大值的变化规律,并给出短路电流工程计算用的算式。仿真结果证实该算式的有效性,为混联电网短路电流计算提供参考。     

灵宝背靠背直流换流站220 kV换流变压器故障保护动作分析

介绍了灵宝背靠背直流换流站220kV换流变压器阀侧套管接地故障过程和保护动作情况。在简要介绍直流接地过流保护原理的基础上,分析了换流变阀侧接地故障的故障特征以及换流阀换相过程对故障电流的影响。通过对故障过程中保护动作情况的分析,总结了灵宝背靠背直流保护对换流变阀侧接地故障的响应情况,提出了在背靠背直流换流站中针对直流接地故障的保护功能设置应进一步完善的环节,对工程设计及现场运行具有一定的指导意义。     

南桥换流站500kV换流变压器故障保护动作分析

对葛洲坝—南桥直流系统南桥换流站极Ⅰ换流变压器阀侧套管接地故障过程和保护动作情况进行了详尽分析描述。在简要介绍直流保护动作原理的基础上,分析了换流变压器套管转换性故障造成的阀侧接地故障的故障特征以及换流阀换相过程对故障电流的影响。通过对故障录波图的分析,推断故障性质及故障点位置,总结换流变压器阀侧接地故障时直流系统的响应情况,为迅速查清故障提供了理论基础,同时针对故障过程中反映出的逆变侧故障时投旁通对策略存在的缺陷进行了分析。现场对故障的检查进一步证实了所述分析结论,分析结果对工程设计及现场运行具有一定的指导意义。     

HVDC馈入及其换相失败对交流电网选相元件的影响分析EI北大核心CSCD

在交直流互联电网中,交、直流系统之间的相互作用以及直流换相失败将导致逆变侧交流电流呈现新的故障特征,进而对交流电网保护造成不利影响。从开关函数调制理论的角度出发,研究了交流系统故障时刻对于发生换相失败的换流阀组所属相别的影响,计算了故障暂态及稳态阶段逆变器三相开关函数工频量,进而分析了注入逆变侧交流系统等值工频电流的暂态及稳态故障特征。基于上述内容,分析指出当现有突变量选相元件以及稳态序分量选相元件应用于交直流互联电网时,由于交流系统故障时刻以及直流系统换相失败程度的影响,选相元件将出现误判故障类型甚至误选相的情况。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

距离保护元件在小电流接地系统中的特殊考虑

在小电流接地系统中,当采用两相星形接线方式时,距离保护元件需进行算法上的一些特殊处理。分析了系统发生三相短路和两相短路时的选相和测距的特殊考虑,并且针对系统发生异地不同名相两点接地故障中,距离保护元件的特殊处理方案进行了详细的分析,通过零序电流启动的接地距离保护与相间距离保护的动作行为以及两者之间的配合,保证了距离保护动作的选择性和可靠性。     

距离保护元件在小电流接地系统中的特殊考虑

在小电流接地系统中,当采用两相星形接线方式时,距离保护元件需进行算法上的一些特殊处理。分析了系统发生三相短路和两相短路时的选相和测距的特殊考虑,并且针对系统发生异地不同名相两点接地故障中,距离保护元件的特殊处理方案进行了详细的分析,通过零序电流启动的接地距离保护与相间距离保护的动作行为以及两者之间的配合,保证了距离保护动作的选择性和可靠性。     

基于虚拟阻抗的多落点混合级联直流系统故障电流抑制方法

多落点混合级联直流系统存在特有的模块化多电平换流器(MMC)功率盈余问题。当受端交流系统发生短路故障时,MMC过流、过压将引起MMC阀组闭锁,进一步可能导致系统功率中断。多落点混合级联直流系统整流侧采用电网换相型换流器(LCC)、逆变侧采用LCC与多台MMC级联。针对该系统提出一种适用于受端交流系统故障的故障电流限制方法,在逆变侧MMC控制中引入虚拟阻抗降低故障电流,无需额外添加设备。对虚拟阻抗的控制引入、计算以及投入实现过程进行了详细阐述,并在PSCAD/EMTDC中搭建模型进行仿真分析。结果表明,所设计的虚拟阻抗控制器可以实现故障电流的有效抑制,并防止功率倒送,从而实现混合级联直流系统的交流故障成功穿越和功率可靠传输。     

HVDC换流器故障分析与仿真研究

介绍了HVDC换流器的几种短路故障工作原理,对HVDC换流器阀的短路故障以及换流器直流侧短路故障、交流侧单相接地故障、交流侧相间故障进行了详细地分析.在Matlab/Simulink下对HVDC换流器的故障进行了仿真,并选取了故障特征量进行了采样,通过编程仿真,得出几种故障的特征量曲线波形图,清晰地说明了高压直流输电中阀故障对输电系统可靠性造成的极大危害.     

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。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

±1100kV/5000A换流阀在交流系统故障时的运行能力分析

笔者介绍了±1 100 kV/5 000 A换流阀的基本结构,分析了在交流系统故障时限制换流阀运行电流的因素。当交流系统出现对地故障时,就会引起换流站交流母线电压降低,从而影响换流阀的运行条件。以西电电力系统公司自主研制的±1 100 kV/5 000 A换流阀为例,通过主回路参数的计算及晶闸管结温的计算结合实际运行工况分析了±1 100 kV/5 000 A换流阀在交流系统故障时的运行能力。     

特高压直流输电系统换流站故障过电压研究

±800 kV特高压直流输电系统换流站内电容性和电感性组件较多,在发生短路故障时容易引起过电压现象。研究各种操作和故障情况下过电压的特性,保证系统的安全稳定运行非常重要。利用PSCAD仿真软件建立了±800 kV云南—广东特高压直流输电工程的模型,在换流站内选取了换流阀阀顶对中性母线短路故障和换流变压器阀侧单相接地两种典型故障工况进行了研究。结果表明阀顶对中性母线故障时非故障极线路过电压水平较高,在上组四个换流变压器阀侧绕组中高压端Y/Y绕组端子处单相接地时的过电压水平最高。     

特高压电网对福建电网安全稳定影响研究

分析了交、直流特高压电网对福建电网安全稳定的影响,研究了特高压交流电网、特高压直流系统发生故障时福建电网的安全稳定性以及受端换流站附近交流电网单一或严重故障对直流系统的影响及系统安全稳定水平。分析了特高压电网对福建电网短路电流和无功补偿的影响以及1 000 kV/500 kV电磁环网的解环等问题。结果表明：大容量直流输电系统单极/双极闭锁后主要问题是引起局部500 kV网架过载;交流特高压线路单一乃至个别多重故障情况下福建电网均能保持稳定运行。福建电网具有较大的抗扰动能力。     

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。     

架空线柔性直流电网的直流短路电流限制研究

建立了±500 kV架空线柔性直流电网的电磁暂态仿真模型,较为详细地计算、分析、比较了极间短路等严重故障下的短路电流与换流站闭锁时间。研究结果表明,合理地配置限流电抗器是限制短路电流、防止多个换流站闭锁的有效手段。研究了限流电抗器的配置方案以及改进的限流措施,使得站外直流线路故障不会造成任何换流站闭锁,满足设计与运行的要求。     

真双极MMC-HVDC系统线路过载紧急控制策略

随着直流断路器研究的不断发展,在未来使用直流断路器切除直流故障线路将成为一个可行的方案。但断路器动作后可能会引起线路潮流过载,危及整个直流系统的安全。文章利用真双极模块化多电平换流器直流输电(MMC-HVDC)系统正负极可独立控制的优点,设计了防止线路过载的紧急控制策略。首先推导出直流系统支路开断后的有功功率分布系数,找出可能发生功率越限的线路。然后保持各线路一定的功率裕度,通过功率灵敏度矩阵计算故障极换流站新的功率参考值。最后将减少的功率参考值加载到健康极对应的换流站上,并考虑健康极换流站和线路的功率约束,最大限度地保证交直流系统功率交换的稳定性,减少对交流系统的扰动。该策略能够有效避免潮流校验,提高紧急控制的速度。在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建七端直流模型,对所提控制策略的有效性进行了验证。