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。     

模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压特性

作为柔性直流输电工程的连接单元,直流海底电缆的绝缘水平关系着输电工程的安全运行。以舟山多端柔性直流输电工程中定海换流站至岱山换流站的海底柔性直流电缆为研究对象,采用统计法仿真计算了模块化多电平换流器型柔性直流输电海缆过电压分布规律,得出柔性直流海缆的绝缘水平。通过仿真计算,得出了直流电缆的故障过电压最大值,即导体对铅套、铅套对铠装和铠装对地的最大过电压分别为403.44 k V、6.72 k V和0.39k V;选取30%的绝缘裕度,确定了直流电缆的绝缘水平,即导体对铅套为525 k V、铅套对铠装为9 k V和铠装对地为0.6 k V。计算结果可为柔性直流电缆的选型及试验提供重要参考。     

舟山多端柔性直流输电工程换流站内部暂态过电压

舟山多端柔性直流输电工程建成后将成为世界上第一个基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的五端柔性直流输电工程。为研究各换流站的过电压水平,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,详细分析了换流站交直流侧的过电压机理,建立了基于详细控制保护策略的五端柔性直流输电系统过电压仿真模型,计算了换流站联结变压器阀侧单相接地、桥臂电抗器阀侧单相接地、直流极线接地、直流平波电抗器阀侧直流母线接地和直流极间短路等故障在换流站关键设备上产生的过电压。结果表明：联结变压器阀侧交流母线上的最大过电压为360 kV;直流极线上的最大过电压为370 kV,直流平波电抗器阀侧直流母线的最大过电压为369 kV,避雷器CB和D承受的最大能量分别为1.258 MJ和1.655 MJ;星形电抗接地支路中性点上的最大过电压为188 kV;桥臂电抗器两端产生的最大过电压为235 kV。计算结果可为该工程换流站的绝缘配合研究以及相关设备的选型、试验等提供重要依据。     

柔性直流换流站雷电侵入波过电压

为确定换流站直流场设备（包括电缆）的雷电绝缘水平,建立柔性直流工程换流站和各站直流进线段1~2 km输电线路电磁暂态仿真模型。根据线路电气结构参数确定输电线路绕击和反击电流值,雷电流采用双指数函数模型,杆塔塔头间隙闪络判据采用相交法,计算架空线路在雷电绕击和反击工况下换流站直流场设备和电缆雷电侵入波过电压。通过仿真计算,确定了换流站直流场设备和电缆雷电绝缘水平,同时计算表明,直流电抗器对雷电过电压有一定的抑制作用。     

柔性直流系统挤出绝缘电缆暂态过电压仿真

电压源换流器高压直流(VSC HVDC)输电系统中广泛应用了挤出绝缘直流电缆。针对开关操作、内部故障以及雷击所引起的暂态过电压对直流电缆系统可靠性的挑战,基于南澳柔性直流输电示范工程,利用PSCAD/EMTDC建立直流电缆系统仿真模型,设置交流单相接地、两相短路、桥臂电抗器接地等不同类型的故障,分析了各类故障条件下直流电缆系统的暂态过电压特性。研究结果表明,直流电缆端部过电压峰值最大可达2 p.u.,且电缆端部出现的过电压幅值与短路电阻值有关。     

模块化多电平换流器型高压直流电缆过电压仿真计算和分析

在海底电缆运行中确保电缆安全是第1要务。为了更好地分析海底电缆过电压,依托舟山多端柔性直流输电示范工程,在PSCAD仿真软件中搭建了两端模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)仿真模型,采用统计法对定海—岱山直流电缆操作过电压进行了仿真计算,确定了其最大过电压。针对MMC-HVDC输电工程的特点,分析了闭锁延时时间、直流电缆长度和中性点接地电阻对直流电缆过电压的影响。结果表明:闭锁延时时间2 ms可以有效降低电缆过电压,电缆长度与铅套-铠装、铠装-地之间的过电压呈正相关性,中性点接地电阻对电缆过电压无明显影响。     

中压直流配电系统故障过电压水平分析

为解决珠海"互联网+"柔性直流配电系统的绝缘配合问题,运用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了三端柔性直流配电系统模型,对主换流器区域和直流线路区域的典型故障事件、保护动作后的系统关键位置过电压水平进行仿真,并通过同类故障点间的比较得到每种故障事件下的过电压最大水平。仿真结果表明,主换流器区域的桥臂电抗器阀侧接地故障、直流电抗器阀侧极间短路故障是过电压较严重的2种故障情况;直流线路区域的极间短路故障发生时,主换流器区域过电压较直流线路区域更严重;主换流器区域的联接变压器阀侧单相接地故障和直流线路区域的首端单极接地故障特性较相似。     

舟山多端柔性直流输电工程换流站绝缘配合

换流站的绝缘配合是柔性直流输电工程实施的关键技术之一,其研究对换流站设备设计、选型、制造和试验具有重要的指导作用。为合理确定舟山多端柔性直流输电工程各换流站设备的绝缘水平,提出了换流站的避雷器布置方案,计算确定了相应避雷器参数及保护水平,给出了换流站设备推荐的绝缘裕度,并根据选取的设备绝缘裕度最终确定了换流站各设备的绝缘水平。文章给出了3种不同避雷器布置方案下的绝缘配合结果,结果表明不同避雷器布置主要对桥臂电抗器端子间的绝缘水平有较大影响,方案1下桥臂电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为450 kV和325 kV;方案2和方案3的避雷器布置下,桥臂电抗器端子间的绝缘水平相同,雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平分别为750kV和550kV。除桥臂电抗器外,3种方案下换流站其他设备推荐的绝缘水平均相同,换流站联结变压器阀侧交流设备的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为650 kV(或750 kV)和550 kV,桥臂电抗器阀侧交流设备的雷电和操作冲击绝缘水平与联结变阀侧设备取为一致,换流站200 kV直流母线的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平建议取为650 kV(或750 kV)和550 kV,直流平波电抗器端子间的雷电冲击绝缘水平和操作冲击绝缘水平取为850kV(或950kV)和750kV。此外,文章还分析了3种避雷器布置方案的优缺点。研究结果可为该工程的建设提供重要依据,也可为其他相关工程提供参考。     

±10kV直流配电系统过电压与绝缘配合

过电压与绝缘配合是直流配电的关键技术之一,其研究结果对于直流配电系统关键设备的选型具有重要的指导作用。本文针对基于模块化多电平换流器(MMC)的深圳±10kV直流配电网示范工程,在借鉴传统直流工程和柔性直流输电工程研究成果基础上,结合直流配电系统自身特点,提出了两种适用于该系统的绝缘配合方案:一种为不配置避雷器,在过电压统计结果上乘以一个较大的绝缘裕度来确定设备绝缘水平;另一种为配置少量避雷器,通过避雷器的保护水平确定设备绝缘水平。基于PSCAD/EMTDC建立系统的内部过电压仿真模型,仿真计算了不同方案下典型故障时关键位置的过电压,并最终确定了两种方案下系统关键设备的绝缘水平,为工程设计提供了参考。     

三端柔性直流输电系统雷电侵入波过电压

雷电侵入波过电压是确定直流输电系统换流站设备绝缘水平的重要依据,利用PSCAD/EMTDC软件建立了±160 kV南澳三端柔性直流输电系统直流侧雷电侵入波仿真计算模型,利用电气几何模型法计算直流线路的最大绕击电流,采用相交法作为空气间隙闪络判据,计算直流线路遭受雷电绕击和反击后换流站内极母线设备以及连接电缆承受的电压应力,并校核各设备的雷电冲击绝缘水平,计算结果表明各设备的绝缘裕度满足要求.     

舟山多端柔性直流工程系统方案

舟山多端柔性直流工程是目前世界上在建的端数最多、容量最大的柔性直流工程.工程新建5座换流站,总容量达1 000 MW,电压等级为±200 kV,各换流站间采用电缆连接.舟山多端柔性直流工程的成套设计、关键设备制造等均由国内相关单位完成,工程建成后将进一步改善舟山群岛的电网结构,提高电网供电可靠性.提出舟山柔性直流工程的系统方案,包括换流站主接线、运行方式、主回路参数与功率运行圆图、控制保护策略等,对于指导我国后续建设的大容量柔性直流工程具有重要的参考价值.     

±320 kV厦门双极柔性直流输电工程系统设计

为了避免采用对称单极接线柔性直流工程在可靠性、绝缘水平以及大容量换流变压器运输制造上的缺点,±320kV/1 000 MW厦门柔性直流输电工程是世界范围内第一个采用双极接线的柔性直流工程。文中以厦门工程为背景对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究。首先,通过主接线优化设计使得采用双极接线的柔性直流工程具备3种运行方式,提高了系统的可靠性。其次,高压大容量柔性直流工程中设备裕度通常较小,通过对主回路参数开展精确计算从而实现小容量可关断器件支撑工程大功率传输。最后,对比了采用对称单极接线和双极接线柔性直流工程的暂态特性,即采用双极接线的工程暂态过电压较低但暂态电流恶化。提出通过暂态电流精确解析计算方法以及优化布置等方法,确保工程可关断器件的安全性。实践表明所提设计方法是可行和有效的。     

柔性直流电网结构对单极接地故障过电压的影响

柔性直流电网的优势之一是其运行方式灵活可变,考虑到未来在检修等工况下系统可能采取不同的电网结构继续运行,而对于采用架空线的柔性直流电网,直流线路极易发生单极接地故障,因此有必要对不同电网结构下直流线路单极接地故障的过电压水平进行研究。搭建了基于环型四端柔性直流工程的过电压仿真模型,研究了柔性直流电网直流侧接地故障下的暂态过电压特性,计算分析了直流线路发生单极接地故障时,4种柔性直流电网结构下换流站内、外关键节点和设备上的过电压水平。研究表明,伪U型结构下系统的过电压水平相对较低,折线型和真U型电网结构下系统的过电压水平相对较高。不同电网结构对换流变压器阀侧对地电压和换流站母线过电压的影响规律相似。     

±800kV浙西换流站直流场雷电侵入波过电压研究

雷电侵入直流换流站对系统的安全运行有重要影响。对溪洛渡—浙西±800 kV直流输电工程的浙西换流站直流侧的雷电侵入波进行了详细仿真计算分析,结果表明:计算设备最大对地电压时,选择直流负极设备进行,计算设备两端最大电压时,选择直流正极设备进行;特高压直流换流站进行绕击侵入波计算时宜取20 kA的负极性雷电流作为雷电流幅值;直流极母线雷电过电压计算采用单极大地回路运行方式,换流站直流场各设备过电压均未超过规定值;直流中性母线雷电过电压选择金属回线运行方式,直流场各设备对地电压、平波电抗器两端以及隔离开关断口电压都没有超过安全运行电压,不会对换流站直流场的运行造成危害。     

大连柔性直流输电工程的系统设计

大连跨海柔性直流输电重大科技示范工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程。提出了大连柔性直流换流站的主接线方案、基本控制策略、主回路及主设备技术参数、绝缘配合方案和设备绝缘水平,形成了柔性直流的整体技术方案,对同类工程的系统设计提出了完整的设计方法和思路,对于推动我国柔性直流技术的进步和工程应用具有重要意义。     

特高压换流站输电设备概述

研究表明,拟建中的800kV特高压换流站采用12脉动换流技术,换流单元有单极单换流器与单极双换流器串联两种选择,其关键影响因素是换流变压器的容量。由于结构复杂,换流变压器故障率是电力变压器的两倍,阀绕组与地以及交流绕组之间的主绝缘结构是特高压换流变压器设计的难点。连接于极线的输电设备主要有平波电抗器、滤波电容器、直流电压分压器、光学电流传感器、直流避雷器等。对于特高压而言,其最主要的问题是由于污秽引发外绝缘闪络以及由于电压分布变化导致的内绝缘故障。     

灵宝背靠背换流站过电压与绝缘配合研究

综合考虑了灵宝背靠背换流站交直流侧各种暂态过电压情况,提出了交流母线避雷器和阀避雷器的保护 水平,规定了主要设备(除交流滤波器设备外)的绝缘耐受水平,结果可用于设备选型及工程设计。