基于电流暂态量的分布式直流配电网保护方案

低压直流配电网具有故障电流持续时间短、系统运行方式多变、故障电流振荡等特征,对继电保护正确判断和定位故障提出了挑战.文中详细分析了低压直流配电网的故障特征,并据此提出了包含电流方向比对法、方向预测法、极值比较法的直流网络化保护方案.采用所提方案的保护单元在直流配电网故障发生后,可以对故障区域进行快速定位,完成故障的切除...     

直流配电网中的线路保护方案研究

故障区段的可靠识别是直流配电网线路保护的难点之一,由此产生相邻线路保护的配合问题,并需防止交流故障后直流保护误动。基于平波电抗器和滤波电抗构成的物理边界的故障区域识别方法,不适用于采用模块化多电平换流器(Modular multilevel converter, MMC)的直流电网。为此,在分析直流线路短路的电气特征后,综合考虑保护配合问题,划分了直流线路保护区域,设计了包含主保护、后备保护在内的直流线路保护方案。为满足选择性要求,直流线路保护采用两端电流方向判断故障位置。最后,搭建光伏直流汇集接入系统及多端直流配电网的仿真模型,验证了该直流线路保护方案的可靠性、选择性和速动性。     

适用于柔直配电网的暂态高频阻抗纵联保护

为保障柔性直流配电网的安全可靠运行,本文提出一种基于暂态高频阻抗的纵联保护方法。通过建立直流线路的故障等效电路,分析直流线路极间故障后数个毫秒内暂态电气量的变化特征,采用小波变换提取电压、电流故障分量中特定频段的高频信号,并计算保护装置安装处的高频阻抗,利用保护区内、外故障时暂态高频阻抗较大的幅值差异构成保护。该方法对信号同步的要求不高,相邻线路间的主保护还可以通过配合构成新的区域后备保护。最后,本文在PSCAD/EMTDC平台搭建模型进行仿真,结果表明,本文所提方法能够快速准确地动作。     

中压配电网分布式智能后备保护方案

分布式保护是含高渗透率分布式电源接入的有源配电网保护发展的重要方向,因此提出了一种分布式智能后备保护方案。该方案采用动态阈值构成后备保护的启动判据,无需复杂的时延整定。各环网节点的后备保护利用与近邻之间的信息交互,可实现故障区段的定位和动作协同,在通信故障、智能单元故障、开关拒动等多种异常状况下实现有效的后备保护。通过有源配电网故障仿真算例验证了后备保护的有效性。     

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。     

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。     

基于柔直电网的暂态量保护方案及配合策略研究

柔直电网中直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对柔直电网的基本架构,在分析直流线路故障对直流线路保护的需求的基础上,引入了基于边界原理的暂态量保护,并进行了适用性分析。通过分析发生直流线路故障时快速跳开直流线路两端的直流断路器必要性,提出在提高测量采样频率和优化判据时间窗的基础上,根据故障反行波能量和前行波能量在功率送端站和受端站的不同特征,对暂态量保护判据进行优化,并给出了直流线路两端配置的保护方案。在此基础上,进一步研究了暂态量保护与直流断路器、直流母线保护相配合的故障清除策略。通过仿真验证了所提策略的可行性。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

柔性直流控制保护系统方案及其工程应用

结合厦门柔性直流输电示范工程,对柔性直流控制保护系统方案及其工程应用进行了研究,包括控制保护系统的分层结构、极控制系统的基本控制策略、控制系统结构、极控制系统与阀控制系统间的接口特性,以及直流保护系统功能的配置情况。为了验证极控制系统、阀控制系统及换流阀之间工作的正确性,防止首次有源解锁出现大电流损坏换流阀,针对真双极拓扑结构系统,提出了无源逆变试验方案,现场试验结果证明了阀组触发相序的正确性,实现了对控制系统延时的完全补偿。无功和有功功率阶跃试验结果表明,控制系统在性能上和速度上满足快速性、可靠性、灵活性要求。直流保护跳闸试验结果表明,保护逻辑功能正确,换流阀正确闭锁、断路器正确跳闸。     

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。     

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。     

基于交直流保护协同配合的交直流碰线保护新方案

交直流混联电网迅速发展,交直流碰线故障成为其特有故障类型。以不同类型交直流碰线故障为研究对象,着眼于故障隔离至线路重合/重启全过程,揭示了现有交直流两系统相关保护出口动作逻辑存在的不足及风险,并进一步提出在交流侧设计并新增交直流碰线保护方案的新思路,通过构造一种可以反映直流系统等值阻抗相角特性的保护算法,实现交直流碰线故障识别。基于此,通过优化交流侧新增的交直流碰线保护和直流侧已配置的交直流碰线保护间的动作时序和逻辑配合关系,实现了交直流碰线故障下直流系统的自适应重启,避免了交流侧重合于永久性故障场景下直流线路首末端发生工频过电压的风险。在PSCAD/EMTDC平台中搭建交直流碰线故障的仿真模型并进行大量仿真实验,仿真结果验证了所提交直流碰线保护新方案的可行性。     

海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护系统设计方案

随着大容量远距离海上风电的开发,采用柔性直流送出方式具有更大的优势,基于海上平台造价高、空间小,设备维护成本高等特点,提出了海上风电柔性直流送出紧凑型控制保护设计原则,研制了适用于海上风电特点的紧凑型控制保护主机。提出了紧凑型控制保护系统的总体方案。构建了紧凑型控制保护系统RTDS仿真平台,试验结果验证了紧凑型控制保护设计方案的正确性,为海上风电柔性直流送出工程应用提供了重要参考。     

柔性直流配电系统线路保护与定值整定

目前,随着电力电子技术的逐渐成熟,柔性直流系统受到广泛关注。作为柔性直流配电系统发展的关键技术,保护所面临的主要挑战是如何利用受限和持续过程极短的故障电流可靠识别和快速隔离故障。文中针对基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配电系统,分析了直流线路发生单极接地故障、双极短路故障以及断线故障时的故障特性,提出直流线路的保护方案。同时依据继电保护对四性的要求以及各保护之间的配合关系,确定保护动作的边界条件,反推出保护定值的合理范围,最终形成直流保护定值整定原则和整定计算方法,为实际工程中的保护设计和应用提供了参考。最后,在PSCAD仿真平台搭建仿真模型,仿真结果验证了保护方案的可行性以及保护定值整定的合理性。     

柔性直流系统断路器保护配合研究

文中针对直流断路器与柔性直流系统的保护配合进行分析,理论分析了保护配合可行的策略和方式,进而针对不同电压等级下的直流系统实例,结合断路器样机测试结果,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时保护配合对系统参数和断路器参数的要求。仿真结果表明,不同保护策略下对系统耐受能力和直流断路器开断性能要求不同,需要根据系统特点选择不同的保护策略。