LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧故障特性及保护策略

送端采用电网换相换流器(LCC)、受端采用半桥与全桥混合型模块化多电平换流器(FHMMC)的LCC-FHMMC混合直流输电系统,在受端发生阀侧单相接地故障时,具有与半桥或全桥型MMC不同的故障特性.分别从交流电源贡献、直流电源贡献以及高低端阀组差异3个角度对阀侧单相接地故障下子模块过电压机理进行了分析.随后,针对FHMMC混合直流输电系统直流侧无直流断路器的特点,提出了一种基于选相型单向晶闸管旁路支路的故障隔离策略,以及适用于LCC-FHMMC混合直流输电系统阀侧单相接地故障的保护策略.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了相关模型,通过仿真验证了理论分析的正确性以及所提保护策略的有效性.     

逆变侧换流变压器阀侧接地故障特性分析

结合逆变侧换流变压器阀侧接地故障下的理论分析和仿真试验,分析了目前各直流输电工程中发生逆变侧换流变压器阀侧接地故障、相关保护动作后投入旁通对时可能导致健全极保护动作并停运的问题,并探讨了相关改进措施,对完善直流保护动作策略、提高系统可靠性有一定的参考价值.     

换流变压器阀侧接地故障特性分析

对贵广二回换流变压器阀侧接地故障情况的仿真试验结果进行分析,针对交流侧断路器延时开断,导致故障扩大的可能原因进行定性的分析.在此分析的基础上,比较试验结果和电磁暂态直流仿真(EMTDC)计算的结果,进而说明现有的直流输电系统故障仿真分析方法的不足.建议展开直流输电系统故障的理论分析,并指出其对实现直流保护模块化、标准化设计的重要性.     

直流输电换流变压器阀侧交流单相接地故障

直流换流变阀侧交流接地故障具有时空离散性,故障发生在高、低压桥会造成阀桥工况的巨大差异,而故障点与电流互感器的相对位置也会带来故障相测量电流的不同,故障发生时刻的变化更是会引起故障特征的变化。本文突破了对单一事故分析的局限性,根据故障后的阀换相电压变化及故障通路变化,提出了换流变阀侧交流单相接地故障解析分析的原则与方法,给出了故障发生时刻的特征时段划分的依据及划分情况。并结合阀换相规律,从阀工况层面分析了换流器故障后的暂态过程。最后,结合天广直流工程的保护配置,进行了全面的保护校核,并给出了投旁通对的桥臂选择策略。     

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。     

海上风电直流输电系统断线故障保护及恢复策略EI北大核心CSCD

基于一种适用于海上风电传输的双极性直流输电系统拓扑结构,详细介绍了其关键设备及控制模式,分析了该直流输电系统在永久性直流断线故障时的故障特性。为抑制故障引起的过电压现象,采用一种将闭锁电压源型换流器(voltage source converter,VSC)与断开直流开关相互配合的故障保护策略,保护系统中的关键设备,使系统快速、安全地实现故障隔离;故障清除之后,需要对系统进行恢复控制,提出一种并行恢复策略,使系统停运设备可以快速、平稳地恢复正常运行。在PSCAD/EMTDCTM环境下搭建了系统的仿真模型,通过仿真验证所提出的故障保护策略及故障恢复策略的可行性。     

长距离特高压交流输电线路单相接地故障过电压研究

分析单相接地故障过电压的影响因素,得出使单相接地过电压最大的条件,基于此在不同的线路高抗补偿度以及沿线避雷器的布置方式下,探讨了不同线路分段方式下单相接地故障过电压不超过限制水平时线路能够达到的最大长度,并对避雷器和高抗限制过电压的效果进行了对比。研究结果表明,避雷器限制长线路单相接地故障过电压的效果不及高抗;对于分3段的线路,整条线路总长度最大不超过1 300 km时,单相接地故障过电压不会超过限制水平,单段线路的最大长度可达500 km;对于分4段和5段的线路,总长度分别不超过1 400 km、1 600 km时,过电压不会超过限制水平,单段线路的最大长度均为400 km。     

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。     

MMC换流站阀侧交流接地故障电流解析

对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)换流站阀侧交流接地故障特性进行研究发现：阀侧交流系统发生金属性接地故障时,故障点入地电流由下桥臂电容放电电流和上桥臂以及对端桥臂电容放电电流构成,网侧交流系统不会馈入入地电流;带过渡电阻接地故障时,网侧交流系统将通过过渡电阻作用于故障点入地电流。详细推导了三相接地故障和单相接地故障下的入地故障电流和桥臂电流的数学解析式。采用RTDS仿真验证了该表达式的正确性。由于阀侧交流出口处电位被钳制为0,因此上桥臂的子模块电容将产生过电压。下桥臂与故障点构成放电电容回路,下桥臂流过的故障电流迅速增大,且无法通过断路器切断故障电流。因此,建议采取可靠的限流措施避免阀侧故障对换流站等一次设备造成严重伤害。     

高压直流输电系统交流滤波器故障与保护分析

高压直流输电系统中的交流滤波器,兼具限制谐波电流及无功补偿的双重作用,其可靠运行直接影响整个直流输电系统的安全与稳定。对交流滤波器的短路故障、电容器损坏、设备过负荷、滤波器失谐等故障进行了故障机理分析。通过故障分析和EMTDC/PSCAD仿真,对各故障可配置的保护进行了系统的研究,指出了各保护的特点及存在的不足,为实际直流工程中交流滤波器保护的选型与配置提供了理论指导。     

直流输电系统接地极过电压保护缺陷分析及改进措施

直流输电保护系统中的接地极过电压保护主要用于检测接地极断线故障,天广和高肇直流输电系统采用的接地极线路过电压保护中,检测到中性母线电压高于门槛值并满足延时条件后,便迅速合上高速接地开关——这一动作后果存在严重缺陷,在单极大地回线运行方式下将影响正常极的稳定运行,并很可能对换流站内设备和人身造成危害。文中结合直流输电系统接线方式分析了这一缺陷,并借助实时数字仿真(RTDS)系统和运行实例进行了验证,给出了改进建议,这有利于完善接地极保护功能,确保直流输电系统的安全稳定运行。     

直流系统保护对交流故障的响应机理与交流故障引发的直流系统保护误动分析

针对交直流混联系统中直流保护在交流系统故障时误动的问题,基于某特高压直流系统的数字实时仿真系统(RTDS),研究交流故障下直流系统的暂态响应特征。从交流故障与直流故障的相似性、直流保护原理和整定方法的不完善性两方面揭示了直流保护对交流故障的响应机理。基于直流保护对交流故障的响应机理,全面梳理出在原理上能反映交流故障的直流保护类型。结合某特高压直流系统的RTDS实验数据,详细分析了两侧交流系统故障时的低电压特征以及电流失衡特征所引发的直流保护误动情况。深入分析了交流故障下直流低电压保护、阀组差动保护以及桥差保护的误动机理,并提出相应的改进建议,为直流工程的更合理运行提供指导。     

±800 kV直流线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究

为提高直流输电系统运行的可靠性,实现直流线路保护的有效动作,避免误动,必须对直流输电系统的电磁耦合特性进行研究。以云广特高压直流输电工程为研究对象,并参照其线路参数,建立了包含杆塔、输电线路、避雷器、绝缘子串闪络以及换流站内各种设备的仿真模型。采用EMTP,以雷击直流输电线路极导线、一极接地故障后对另一极的影响为具体算例进行仿真计算。对仿真结果进行分析,结果表明在故障情况下,对直流输电线路感应电压影响较明显的是土壤电阻率、极线间距与接地故障位置,而线路运行电压对感应电压的影响不大。比较研究了不同故障过电压仿真结果,对于雷击故障,可以用电压突变量的比值来确定故障极;对于接地故障,用分别对金属性接地和阻抗接地故障波进行小波变换分析的结果作为区分依据。最后,依据故障区分特性,提出了考虑电磁耦合的高压直流输电线路保护判据和保护整定方案,经过验证表明,所提出的保护判据可有效地区分输电线路故障。     

±500 kV海上柔直换流阀轻型化设计及仿真分析北大核心CSCD

海上柔直换流阀的尺寸重量直接关系海上换流平台设计制造、制造成本,换流阀轻型化设计将是产品主要攻克技术之一。文中通过分析±500 kV 2 GW海上柔直换流阀常规设计,对比分析传统支撑式换流阀的结构特征;从功率模块、阀段和阀塔3个层面分析轻型化柔直换流阀设计方法,并通过采用有限元法仿真验证其工程可实施性,凸显其技术优势,对海上柔直换流阀推广应用具有重大影响。     

±800 kV特高压多端直流系统换流阀过电压机理及影响因素研究EI北大核心CSCD

换流阀过电压严重影响特高压多端直流系统安全稳定运行,而目前缺少对特高压多端直流系统过电压的研究,对换流阀过电压机理和影响因素进行分析具有重要意义。基于PSCAD/EMTDC平台对比分析并联型四端直流系统与两端直流系统换流阀不同避雷器V1、V2、V3所承受最严酷过电压情况。对两端系统和四端系统过电压仿真结果不一致的避雷器V1、V3进行深入过电压机理分析,并通过仿真进行验证。研究了故障发生时刻、非故障整流站的能量注入、线路长度和系统结构对阀过电压的影响。研究结果可为特高压多端直流系统工程设计提供参考。     

交直流混合系统中交流故障对直流的影响分析

为研究交直流混合输电系统的运行特性,提高交直流混合输电系统的运行管理水平。分析了天生桥地区交直流混合输电系统的典型故障、天广直流系统区外故障下交、直流保护动作情况和直流系统运行特性,结果表明交流系统故障下直流输电系统具有较好的稳定特性,但交、直流保护配合和直流系统保护配置存在不足,提出在考虑直流一次设备承受故障冲击能力的基础上交直流系统保护以及直流双极保护的配合问题。     

MMC-HVDC故障暂态特性及自适应重合闸技术EI北大核心CSCD

为提高架空线柔性直流电网运行可靠性,实现有选择性的自动重合闸,必须对直流侧故障特性及自适应重合闸方法进行研究分析。首先,建立直流侧双极短路和单极接地故障后的等效电路,对故障后的电压电流进行定量分析。参考实际工程参数在PSCAD软件中搭建了直流输电模型,验证故障特性的理论分析结果。其次,根据静电感应原理和直流电网运行特性,提出一套适用于基于架空线和直流断路器的直流电网的自适应重合闸方案。在瞬时性单极接地故障后,非故障极可正常运行,并会在故障极上感应出一定的静电感应电压,其大小在故障后也能够从理论上进行分析计算;而永久性故障后故障极上无法形成感应电压,据此可判别瞬时性故障或永久性故障。最后,通过大量仿真验证了所提出的方案能够有效区分瞬时性和永久性故障。     

特高压交流单相接地故障过电压计算及限制方法

基于系统电源阻抗特性对单相接地故障过电压的影响规律,提出了综合考虑该过电压的各影响因素后求取单相接地故障过电压最大值的方法,利用该方法可以在较少的仿真计算量下准确地求出单相接地故障过电压最大值。对不同长度线路的单相接地故障过电压的限制问题进行了探讨,并从综合考虑工频过电压和操作过电压的角度提出了沿线高抗补偿容量的最优分配方案,最后对单回线路与双回线路的单相接地故障过电压进行了比较,提出了相应的过电压限制措施。结果表明线路长度小于500 km时,采用线路两端设置高抗和金属氧化物避雷器(MOA)的措施,即可有效限制该过电压;当长度超过600 km时,需在长线路中间进行分段落点,设置MOA及合适的高抗补偿容量来限制该过电压,分段距离宜控制在400 km左右;相同长度下,单回线路的单相接地故障过电压较双回线路严重。