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。     

特高压换流站直流穿墙套管故障动作策略优化

针对特高压换流站直流穿墙套管故障导致健全换流器闭锁的问题,采用一种增加特高压换流站换流器差动保护区域的方法,避免单极闭锁后发生直流系统接地电流过大引起直流偏磁的危害。应用结果表明:直流穿墙套管故障引起健全换流器自动重启策略对直流系统利用率有着显著提升。     

适用于直流电网的分区保护策略

利用直流断路器进行故障清除是目前直流电网主流保护方案,但高压直流断路器价格昂贵,直流线路均配置直流断路器的保护成本高。首先提出了一种适用于未来大规模直流电网的分区保护策略,以最小直流断路器使用数量为目标,兼顾系统供电可靠性。其次定性分析了采取分区保护策略所引起的部分功率中断对系统的影响,综合考虑了因故障直流区域功率中断产生的不平衡功率、控制方式、换流器类型等因素,制定了直流电网分区的基本原则。然后,根据直流断路器、换流器、DC/DC变换器、交流断路器、快速隔离开关等故障清除元件的特性,制定了详细的时序配合策略。最后,通过在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建7端直流电网,仿真验证了所提直流电网分区保护策略与相应时序配合策略的正确性。     

特高压直流输电线路故障重启策略优化研究

为了解决以往特高压直流输电工程中直流线路故障重启策略不完善导致直流功率波动甚至双极闭锁的不足,提出了把直流输电运行工况和运行功率点加入到直流线路故障重启策略中。利用RTDS对特高压直流输电线路接地故障进行仿真,建立直流输电线路接地故障等效模型。针对在故障极重启动过程中非故障极实际直流功率波动大的问题,提出采用闭锁非故障极低压电流(VDCL)功能的方法来减少非故障极实际直流功率的波动。以溪洛渡左岸-浙江金华±800k V特高压直流输电工程为试验背景,仿真试验证明:所提出的特高压直流输电线路故障重启优化策略能有效的提高系统线路故障时的稳定性,具有很好的工程实用性。     

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。     

基于时序配合的柔直配电网后备保护与控制协同方案

柔性直流配电网的故障主动控制与主保护协同方案能够有效克服传统保护方案的局限性,但在通信故障、隔离设备失灵等极端情况下其可靠性难以保证,亟须开展相关后备保护原理的研究。鉴于此,利用换流器的故障主动控制提出了一种基于本地电流突变量极性的后备保护方案:基于换流器产生的电流突变信号,根据测量的电流突变量极性闭锁故障反方向的负荷开关,进而根据时序配合关系实现故障线路的可靠隔离。该方案不依赖于通信及直流断路器,通过换流器的故障主动控制,仅利用负荷开关实现故障隔离。文中进一步提出了一种后备保护加速策略,并结合不同拓扑分析了其实用性。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了四端柔性直流配电网模型,通过仿真验证了所提方案能够仅基于本地信息实现故障线路的快速选择性隔离。     

移相控制下的特高压直流断路器失灵保护策略

对于特高压直流工程，换流器区域故障后采用换流器移相控制有助于故障限流和隔离，但基于电流特征的断路器失灵保护适应性显著降低。为此，在分析断路器在时域、频域的失灵特征的基础上，文中提出了通过电压信号不同频段能量分布进行失灵诊断等研究思路。其次，将完全总体经验模态分解和希尔伯特—黄变换相结合，并在考虑互感器拖尾现象等基础上，提出了一种基于不同频段电压积分值的断路器失灵保护新原理。最后，制定了失灵保护出口后的后续动作策略。仿真验证表明，失灵保护原理满足了速动性和可靠性要求，后续动作策略实现了故障的快速隔离，显著提升了换流器区域保护的性能。     

一种不依赖直流断路器的直流电网架构

提出一种不依赖直流断路器的直流电网架构和相应的控制保护策略。根据电压等级和端口特征,将直流电网划分为若干子系统,通过在子系统间的连接线上串入故障隔离设备,即可不依赖直流断路器,实现直流故障的就地处理,故障子系统的隔离及重启过程不影响健全子系统正常的功率传输。相应的功率调节策略和站间通信分层设计方案,可以有效降低定电压控制换流站的过负荷风险及站间通信系统的复杂度。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果验证了所提出的直流电网和对应控制保护策略的有效性。     

一种新型模块化多电平换流器

柔性直流输电技术应用于架空线路场合面临的关键问题是如何实现直流线路故障的快速隔离,一般认为采用全桥拓扑的换流器是较好的方案。文中提出一种基于类全桥子模块的新型模块化多电平换流器(SFBSM-MMC),与采用全桥的换流器相比,该新型换流器在同样实现直流线路故障快速隔离的同时,还兼具了经济性。介绍了SFBSM-MMC的拓扑结构、工作模式和直流故障隔离原理,并对其基本控制策略、预充电策略和直流线路故障隔离策略进行了设计,最后通过仿真验证了预充电策略和直流线路故障隔离策略的可行性。仿真结果表明,SFBSM-MMC在快速隔离直流线路故障方面具有优良的性能,适合基于架空线路的柔性直流输电工程应用。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。