张北±500kV柔性直流电网换流站控制保护系统设计

张北±500 k V柔性直流示范工程首次构建柔性直流电网,柔性直流电网内换流站的控制保护系统需要满足多换流站协调控制、直流线路故障保护及直流线路故障快速恢复等新要求,该文在传统直流换流站控制保护系统设计的基础上,提出柔性直流电网换流站控制保护系统设计方案。相比于传统直流换流站设计方案,该设计方案在源端换流站和受端换流站各配置一套站间协调控制设备,实现多换流站间协调控制;站内保护系统采用三取二方案,增配双重化的直流线路保护,实现直流线路故障快速隔离及恢复。提出的柔性直流电网换流站控制保护系统的整体技术方案,对同类工程的设计提供了完整的设计方法和思路。     

基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略

为快速识别并隔离直流极间故障、实现多端直流配电网的极间故障快速恢复,提出了一种基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。研究了由半桥式模块化多电平换流器组成的环形多端直流配电网极间故障暂态特性,并结合目前典型的保护配置、故障选线及控制方法,形成一种基于直流断路器重合闸的控制保护一体化协调配合策略。各保护区内的快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;控制保护一体化装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器、解锁已经闭锁的换流器,在新拓扑结构下实现直流极间故障的快速恢复。最后在PSCAD/EMTDC软件下搭建了六端柔性直流配电网仿真模型并测试了极间故障隔离及恢复特性,验证了所提方案的可行性。     

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。     

昆柳龙多端直流线路故障恢复及换流站在线退站的系统稳定特性分析

近年来,多端直流系统已经成为颇具竞争力的跨区域大功率输送方案。昆柳龙(昆北-柳州-龙门)多端直流工程将多端直流的工程实践提升到特高压水平。昆柳龙直流系统包含1个常规直流换流站(昆北)和2个柔性直流换流站(柳州、龙门),系统运行方式灵活,在故障清除及恢复过程中需在3个换流站之间进行控制协同,因此控制保护及配套稳定控制系统无法直接沿用常规双端直流工程设计。首先介绍了用于系统稳定性分析的多端直流线路故障恢复及在线退站动作时序,接着分析了送端交流系统在大功率扰动下的频率响应特性,并研究了多端直流故障恢复功能对电网安全稳定影响,提出了各故障下的稳定控制措施,并以昆柳龙直流投产后的年方式数据为基础,通过数值仿真进行了验证。研究成果可为昆柳龙及其他多端直流工程的控制保护功能设计提供参考。     

风电场经MMC-MTDC系统并网的几个关键问题

随着风电大容量远距离输送需求的增长,柔性直流输电技术的快速发展,基于模块化多电平换流器(module multilevel converter,MMC)的多端柔性直流系统在大规模风电场并网应用中优势凸显,前景广阔。为此,首先考虑2种直流线路保护方案,从经济性和技术性2方面阐述了3类多端柔性直流风电并网系统的拓扑结构以及优缺点;接着,分析了3种系统级协调控制策略在风电并网多端系统中的应用与改进,包括主从控制、直流电压裕度控制和直流电压下垂控制;然后,针对风电并网运行中较为突出的故障穿越问题,从交流故障和直流故障2方面,讨论了提高含风电并网多端柔性直流系统故障穿越能力的方法;最后,对未来大规模风电并网其他关键技术问题进行了展望。     

多端柔性直流配电网继电保护控制技术研究

为了确保柔性直流配电网的稳定安全运行,针对多端柔性直流配电网继电保护控制技术展开分析。通过建立多端柔性直流配电网数学模型,按照配电系统结构将其整个划分成若干个控制区域,每个区域包含相应的换流器、直流变压器、直流线路,再采用故障录波器对直流线路故障进行快速定位和隔离控制,以此完成继电保护控制。实验结果表明,设计方法可以实现对配电网运行故障的快速辨识和控制,保障了多端柔性直流配电网的正常运行和供电服务稳定性。     

基于主动限流控制的直流配电网保护及故障隔离方案

柔性直流配电网中直流故障易引起系统过流,严重威胁电网的安全运行。基于全桥子模块的模块化多电平换流器(FBSM-MMC)的柔性直流配电网大多利用MMC闭锁来切断故障电流,但其闭锁会导致整个直流配电网的短时停电,降低供电的可靠性,迄今尚无有效的解决方案。对此,文中提出一种基于FBSM-MMC主动限流控制的柔性直流配电网保护及故障隔离方案,共包含3个阶段:故障发生后首先利用MMC主动限流控制将换流器输出直流电流限制在1.2倍额定电流附近(阶段1),进而根据各条线路两端直流电流是否具有同步性过零特征实现故障线路的识别(阶段2),在此基础上,进一步提出基于直流断路器与快速机械开关协同配合的故障隔离方案(阶段3)。通过断开故障关联的直流断路器,并控制相应换流站的输出直流电流降低为0,使得故障线路上的机械开关亦能快速开断,从而实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流配电网模型,通过大量仿真验证了所提保护及故障隔离方案的可行性。     

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。     

基于直流电压—有功功率特性的VSC-MTDC协调控制策略

提出了一种用于大规模海上风电并网时电压源换流器型多端直流(VSC-MTDC)输电系统的协调控制策略。以典型的五端直流输电系统为例,提出了基于本地控制器的换流站间协调控制策略,基于直流电压-有功功率调节特性给出了辅助换流站的改进下降控制策略以及定有功功率控制(APC)换流站的改进控制策略,分析了两换流站的工作模式,根据直流网络的潮流分布和最大最小运行方式给出了辅助换流站和APC换流站参数选择的依据。最后,PSCAD/EMTDC仿真验证了在正常、主导换流站故障和辅助换流站故障工况下协调控制策略的有效性;仿真结果表明,该协调控制策略能够实现多端直流输电系统换流站间的有功功率分配,控制效果良好。     

多端柔性直流配电网高频功率相关性纵联保护方法

直流线路保护是保障多端柔性直流配电网系统安全稳定运行的关键,主要技术难点在于故障区段的准确识别和快速隔离。文中分析了故障后直流配电网中暂态高频分量的分布特点,提出一种基于高频功率的直流线路纵联保护方法。利用故障前后高频功率的幅值变化,提出保护快速启动判据。利用不同故障情形下线路两侧高频功率线性关系和相关系数的差异,提出基于线路两侧高频功率相关系数的故障识别和选极判据。基于MATLAB/Simulink建立多端柔性直流配电网模型,仿真结果表明所提保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且相邻线路保护无须配合,对双端数据同步要求较低,不受系统运行方式影响和网络拓扑的限制,且具备良好的抗过渡电阻能力。     

多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略

考虑多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术的发展,从机理上分析了现有多端协调控制策略用于新形势下VSC-MTDC系统的控制特性差异;基于机理分析,针对现有多端协调控制策略的不足,提出了一种多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略。该方法提出了一种主动功率平衡技术,实现VSC-MTDC系统在动态过程中的主动功率平衡,改善直流电压动态调节特性,并降低换流站传输功率的动态偏差,提高换流站的传输功率精度,从而实现对VSC-MTDC系统直流电压的快速精准控制。最后,基于对VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC的仿真,对所提的控制策略进行了有效性验证。     

基于直流断路器的多端柔性直流配电网智能化保护配置

为提高多端柔性直流配电网的运行可靠性、缩短故障的影响时间,提出一种基于直流断路器的智能化保护配置方案。首先从拓扑结构、换流设备种类及运行方式等角度分析系统故障特征,随后划分保护区域,制定完整的保护原理、分层配置和直流线路故障选线方法。通过与一次设备及二次控制系统动作逻辑的协同配合,配置可适应于不同运行方式的具有动态定值自我切换、故障后系统快速恢复以及准确故障选线功能的保护方案。最后在PSCAD软件下搭建三端柔性直流配电网数字仿真模型并测试典型故障情况下的保护响应特性,验证了保护方案的有效性。     

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。     

多端直流线路保护研究

多端直流具有直流互联、多电源供电和多落点受电等优势,成为直流输电技术的发展方向。控制保护技术作为制约多端直流发展的重要因素受到广泛关注。基于多端直流系统常用的并联接线形式,对双端直流线路保护原理在多端直流线路保护的适用性进行了分析。并根据多端直流线路的拓扑结构特点,利用故障行波波头到达各站的时间差异,能反映出故障点的位置信息,提出一种线路保护的故障支路判别方法。该判别方法,无需线路连接点的各支路电流,有助于故障快速隔离和系统恢复运行。     

并联型多端高压直流输电系统的控制与保护策略及仿真

多端高压直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电系统可以实现各换流站所连交流系统之间的功率输送或电力交换,能够解决多电源供电或多落点受电的输电问题,其接线形式总体分为串联型与并联型。针对4端并联型高压直流输电系统进行稳态运行和暂态故障过程的相关研究,基于EMTDC/PSCAD平台建立单极仿真模型,完成了多种解锁起动和闭锁停运组合的仿真分析,设计了直流功率平衡控制器实现各换流站功率协调控制,并提出了单个换流站紧急停运以及直流线路故障时的控制保护配合方式,仿真结果表明了控制与保护策略的有效性。     

特高压混合多端直流线路保护配置与配合研究

特高压多端混合直流可提供更大容量、更经济和更灵活的输电方式,并兼顾了常规直流和柔性直流的技术优势。特高压多端混合直流与两端直流保护系统相比,在线路保护方面差异最大。采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器,具有直流线路故障自清除特性,因此对直流线路故障的处理要求也不同于采用半桥结构的多端柔性直流系统。基于特高压混合多端直流输电系统对线路故障处理的需求,分析了该系统直流线路保护的关键问题,并提出了直流线路保护配置方案和直流线路保护的配合策略,最后基于PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提出方案的可行性和有效性。     

特高压混合多端直流线路保护配置与配合研究北大核心

特高压多端混合直流可提供更大容量、更经济和更灵活的输电方式,并兼顾了常规直流和柔性直流的技术优势。特高压多端混合直流与两端直流保护系统相比,在线路保护方面差异最大。采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器,具有直流线路故障自清除特性,因此对直流线路故障的处理要求也不同于采用半桥结构的多端柔性直流系统。基于特高压混合多端直流输电系统对线路故障处理的需求,分析了该系统直流线路保护的关键问题,并提出了直流线路保护配置方案和直流线路保护的配合策略,最后基于PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提出方案的可行性和有效性。     

基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

直流故障的快速可靠识别是多端柔性直流电网亟须突破的关键技术之一。基于线路边界元件直流电抗器的特征,提出了一种新型的多端柔性直流电网线路边界保护方案。利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,实现故障线路的快速识别;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。该方案仅通过单端直流电抗器的电压即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通信。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性。     

超导直流输电技术发展现状与趋势

本文结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护方案及故障定位方法。根据实际工程的电路拓扑结构,明确了保护区域的划分方法。同时结合MMC换流器及直流配网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。着重介绍了直流线路单极故障、双极故障的保护配置方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。最后介绍了保护装置的实现形式,并通过保护与控制之间的相互配合,形成了自适应的柔直配网保护系统。     

基于电流模量分析的MMC-MTDC系统直流输电线路故障识别

直流线路故障的快速、可靠识别是基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性多端直流输电(multi-terminal direct current, MTDC)系统发展的关键技术之一。通过分析柔性多端直流系统线路故障后电流的暂态特征,提出了一套基于单端电流模量分析的MMC-MTDC系统直流线路故障识别方案。该方案通过对电流一模故障分量动态偏差值极值极性与大小的检测实现了直流线路故障快速定位,并利用故障后电流零模故障分量的差异,从而实现了对故障极的快速判别。在PSCAD仿真平台上搭建了双极四端MMC型柔性直流电网的模型,通过仿真算例验证了该保护在不同故障位置和过渡电阻下均能快速、可靠地检测到直流线路故障并且准确识别故障极。