柔性直流配电网控制保护系统设计与策略研究

随着多端柔性直流技术以及直流断路器技术趋向成熟,直流配电网受到越来越多国家的关注。柔性直流配电网内换流站的控制保护系统需要满足多端柔直变电站间协调控制、直流配电线路故障检测与保护、故障动作后的系统快速恢复运行等新要求。直流配电网及其工程化应用研究目前还较少,国内外均处于起步阶段,还存在大量的理论与技术问题有待解决。文章在传统交流配电网控制保护系统设计的基础上,提出柔性直流配电网换流站控制保护系统设计方案以及实现多换流站间协调控制策略和保护分区方案;通过站内直流线路保护,实现直流线路故障快速隔离及恢复。提出的柔性直流配电网控制保护系统整体技术方案,可为同类工程提供借鉴。     

柔直电网自适应有功功率协调控制策略研究

不同于以往的多端柔性直流工程,柔直电网采用直流断路器对直流线路故障进行隔离,受限于目前国内高压直流断路器的研制水平,还不具备过负荷运行能力。针对直流架空线路永久故障后直流断路器过载危害设备和系统安全的问题,提出了送端换流站分别接入新能源场站和交流电网两种方式下的自适应有功功率协调控制策略,通过柔直电网RTDS实时仿真系统验证该策略的可行性和合理性,为柔直电网的远期升级改造提供技术参考。     

舟山柔直工程混合式直流断路器短路试验方案设计及现场实践

含混合式直流断路器的柔性直流工程直流极线短路试验尚属国际空白。为检验柔直电网中直流断路器故障清除的可靠性以及与换流阀的配合逻辑,获取实际短路过程中断路器周围空间的电磁干扰数据,并为后续柔直工程开展短路试验积累经验,有必要在现有柔直工程中开展直流极线短路试验。该文针对装设有混合式高压直流断路器的舟山200 kV柔直电网定海换流站,结合直流断路器和换流阀不同的动作配合逻辑,设计了换流站直流极线正极、负极和双极短路试验方案。该方案克服了电缆输电系统难以形成人工短路故障的困难,在现场实践中验证了单极故障下直流断路器分断换流阀不闭锁的动作逻辑,首次完成了柔性直流输电工程的双极短路试验,并获取了短路试验过程中直流极线瞬态电压、瞬态电流及空间电磁场数据,可为混合式直流断路器本体研制和后续直流电网工程应用提供技术支撑。     

高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用

舟山柔直工程采用的直流断路器实现了世界上首套高压直流断路器的商业化应用。鉴于此,阐述了混合型高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用情况,包括该直流断路器的拓扑结构、工作原理、技术指标、工程配置情况和选型依据等。然后,提出了基于直流断路器的柔直系统换流站单站投退的策略。基于仿真和现场试验,对所提出控制策略的有效性进行了验证。结果证明：采用高压直流断路器或混合气体绝缘开关（HGIS）后换流站可有效实现带电投退,且投退过程中直流电流不会发生突变现象,提升了柔直工程的运行灵活性。最后,在现有技术的基础上,提出了未来直流断路器及直流电网发展需要解决的关键问题。     

南澳多端柔性直流输电示范工程系统接入与换流站设计方案

南澳多端柔性直流输电示范工程(简称为南澳柔直工程)是世界上第一个VSC-MTDC工程。介绍了南澳柔直工程的系统接入设计方案和换流站设计方案。该工程在南澳岛上建设2个直流送端换流站(金牛站和青澳站),在大陆塑城变电站附近建设1个直流受端换流站(塑城站)。将岛上的风电经柔直线路“青澳—金牛”和“金牛—塑城”送出,并在塑城变电站接入交流系统。通过三种方案的比较,决定换流站接地方式为：联接变压器采用△/Yn 形式,在阀侧设置Y接变压器中性点电阻以得到接地点。按功能分区明确、工艺流程紧凑、节能和协调周围环境的原则设计了换流站电气总平面布置方案。     

±800 kV特高压楚雄换流站交流中间断路器操作逻辑分析及优化

800kV特高压直流输电工程楚雄换流站直流阀组在解锁状态时,若需要操作500kV直流阀组进线中间断路器,就必须到间隔控制单元(6MD66)进行就地解联锁操作,而无法在后台工作站进行远程自动操作。为此对楚雄换流站站交流场中间断路器分合操作逻辑进行分析,找出无法后台远方操作的原因并提出修改方案,使运行人员可在主控室后台工作站进行远方分合操作。     

特高压直流换流站交流架空线载波噪声及抑制

为解决特高压直流输电换流器在正常运行时产生的电力线载波噪声对换流站交流架空进线载波通信的干扰问题,以向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程为例,针对每极2组12脉动换流器串联的换流器,建立了换流阀噪声模型;以该模型为基础,计算了换流站交流进线上由换流器产生的电力线载波噪声的强度,同时计算了交流架空线对这种噪声的衰减能力;计算分析的结果建议,换流站交流进线无载波通信要求而对侧变电站采用载波通信时交流侧不安装PLC噪声滤波器,只需要在换流站交流进线两侧安装阻波器,就能使对侧变电站PLC噪声满足限值要求。此外,载波通信设计频率应注意避开个别超标频段。     

换流站交流开关场最后断路器／线路保护逻辑分析

最后断路器／线路保护逻辑是直流输电工程中所特有的,本文结合云广（云南-广东）±800kV特高压直流输电工程的送电端楚雄换流站的实际情况,详细介绍了楚雄换流站交流开关场最后断路器及最后线路的动作逻辑及保护动作跳闸情况。     

一起交流滤波器保护误动引起直流极闭锁的故障分析

为解决大组交流滤波器连线差动保护动作引起直流极闭锁而导致直流传输功率降低的问题,结合一起大组滤波器连线差动保护动作情况以及交流站控制系统最后断路器逻辑,对大组交流滤波器连线差动保护动作引起直流极闭锁的原因进行分析,阐明大组交流滤波器保护装置采样通道故障是差动保护误动的原因,指出交流站控制系统点位配置错误是引起直流极闭锁的原因,为此,提出改用采集换流变进线电压和换流变进线避雷器的泄漏电流来评估换流器最后断路器已断开以及最后优化交流场最后断路器判断逻辑等优化措施,可大大改善直流输电的可靠性。     

柔性直流输电网线路保护配置方案

受限于直流断路器开断能力,柔性直流电网的线路保护需要具有极快的动作速度。提出了柔性直流电网线路保护配置方案:主保护采用单端量保护原理以满足动作速度的要求,同时需要采取适当的解耦措施和故障选极方法,以及雷击、噪声等干扰的识别方法,以保证保护的可靠性;后备保护采用灵敏性较高的双端纵联保护原理,包括行波差动保护和基于无功能量的方向保护,在时序上与主保护配合,同时在直流侧故障时要能够先于交流侧保护动作。比较分析了柔直电网线路保护和传统直流线路保护、交流线路保护配置方案的异同,对于我国在建的柔直电网具有重要参考价值。     

深圳换流站最后断路器及线路保护的改进建议

介绍兴安直流输电工程深圳换流站交流开关场4类最后断路器及线路保护逻辑。基于这些逻辑对兴安直流实际工程调试过程中出现的保护动作异常情况进行分析,时相关的设计缺陷,例如交流滤波器连线保护跳闸继电器自保持,无法对5072断路器合闸;最后线路无自动重合闸闭锁功能等,提出了改进建议。有的建议已被设备厂家所采用。     

让柔性直流更强大

<正>2016年12月29日上午,在世界首个五端柔性直流输电工程——舟山柔直工程舟定换流站,技术人员正在紧张地进行操作。9点40分,随着换流阀解锁、直流断路器升压并带电成功,全球首套高压直流断路器成功投运。至此,舟山柔直系统直流断路器及阻尼恢复装置加装工程第一阶段系统调试工作圆满完成。"此次升级加装基本破解了多端柔性直流输电工程中高压直流电流开断的技术瓶颈。"     

舟山多端柔性直流输电工程直流系统放电特性

为研究五端运行方式下换流站闭锁并打开交流进线开关后直流系统的放电特性,首先研究了舟山工程主接线、运行方式及设备参数,然后在此基础上对直流系统放电回路和放电过程进行分析,并计算出各种工况下直流系统的放电时间。同时,在PSCAD/EMTDC中建立了简化的五端柔直系统仿真模型,并对应理论计算工况进行仿真研究,得到各种工况下直流系统放电时间的仿真值,进而与特定情况下的现场数据进行对比。最后,综合理论分析和仿真结果,确定了换流站闭锁后直流系统放电至安全电压的时间约15 min。该计算方法也可用在其他的柔直工程中。     

柔性直流联接变阀侧断路器功能定位及必要性分析

为了确保换流阀安全可靠运行,云南异步联网工程柔性直流单元首次在联接变阀侧设计了交流断路器,当系统发生短路故障且联接变交流进线断路器拒动时,可以通过该断路器切除短路故障。仿真结果表明,联接变阀侧断路器在发生直流极间短路故障且交流进线断路器拒动的极端情况下能快速切断故障电流,流过桥臂的短路电流的热效应累计值在设备耐受范围内,可保证子模块安全运行。     

厦门柔直工程交流故障穿越失败事件分析及改进措施

针对±320kV厦门柔性直流输电工程中一起区外故障引起换流站交流故障穿越失败的事件进行分析。首先简要介绍厦门柔直工程接线方式及配置,然后详细阐述交流故障穿越失败事件的经过及现象,分析并指出事件原因。结合厦门柔直提升改造工程,提出针对阀控系统和极控制保护系统的优化方案,并通过各种运行工况下的仿真试验,验证了方案的可行性,以期为同类工程的改造提升提供参考。     

柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制

柔直电网换流站内单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压,严重影响系统的安全稳定运行。文中将换流站内单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。然后,基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律,得出零序电压是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。此外,为了抑制直流侧过电压,提出一种零序过电压控制方法,并给出控制器参数的选择方案。最后,基于PSCAD搭建柔直电网仿真模型,仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性,提升了站内单相接地故障后的安全稳定运行能力。     

±160kV柔性直流青澳换流站远跳回路分析与改进

±160 kV柔性直流青澳换流站是世界首个多端柔性直流输电工程送端换流站之一。基于±160 kV柔性直流青澳换流站的交流接线方式及保护配置,对换流站和所接入交流变电站保护配合问题进行阐述。通过对±160 kV柔性直流青澳换流站换流器控制保护进行分析与探讨,在远跳装置回路和金牛变电站线路保护动作回路等方面提出改进措施,确保换流站在特殊工况下换流阀设备的安全。最后针对±160 kV柔性直流青澳换流站远跳回路进行总结并给出运维建议,为运维人员有效开展设备运维工作提供帮助。     

交流滤波器最后断路器动作分析

介绍高压直流输电系统中交流滤波器最后断路器保护逻辑,并结合直流工程交流投运过程中换流站交流滤波器大组连线保护动作情况进行分析,提出交流滤波器最后断路器逻辑优化措施。     

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。     

特高压换流站设备投运安全隔离策略探究

特高压换流站设备分期投运时容易发生安全事故,因此,必须做好隔离保护,分析交流场进行带电隔离的具体措施,在对二次设备分期投运进行安全隔离时,主要分析交流控制系统和直流阀组控制系统联锁回路情况,交流进线开关出现跳闸问题,TA回路的保护措施,无功控制回路的处理情况。