柔性直流配网中基于限流电抗电压的高灵敏纵联保护方案

针对柔直配电线路保护存在的高阻接地故障时保护拒动、易受线路分布电容电流影响和噪声干扰等问题,提出一种基于限流电抗电压的纵联保护方案。首先,对线路两侧限流电抗器在区内外故障时的电压极性特征进行分析,并利用Kendall相关系数构造故障识别判据;然后,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)算法提取两极电抗电压低频暂态能量和的比值特征实现故障选极功能;最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证分析。仿真结果表明该方案耐受噪声干扰和过渡电阻能力强,不受线路分布电容电流影响,在不同故障条件下均能快速、准确动作,灵敏性和可靠性高,且对四端直流保护具备一定适用性。     

低压直流配电网主动限流控制及保护方案

低压直流配电网直接面向电力用户,其短路故障对供电可靠性造成严重影响。电力电子变压器具备主动限流能力,能够改善低压直流配电网的故障运行性能。文中针对低压直流配电网短路故障,提出了一种电力电子变压器的主动限流控制方法。结合各类低压直流变换器的接口特点,分析了电流故障分量的方向性特征。基于此,构建了低压直流配电网的保护方案。该方案无须借助通信系统和附加边界元件,能适用于不同的电网结构。仿真试验验证了主动限流控制方法及保护方案的正确性和有效性。     

基于CLC调谐半波长输电线路边界特性的纵联保护

当发生线路内部故障时,调谐电路与线路连接处线路侧测点采集的故障电流高频成分丰富;当发生线路外部故障时,线路侧测点采集的电流高频成分较小,借此特性构造一种基于调谐电路边界特性的半波长输电线路边界特性的方向元件。对于调谐电路,利用其无故障模型,将模拟电流波形进行比较匹配,若匹配成功,则说明调谐电路内部无故障,否则调谐电路内部有故障。将方向元件与调谐电路保护结合构成其纵联保护方案,此纵联保护无需双端数据同步。大量RTDS实时数模混合测试表明,该纵联保护方案全线长范围内有效,不受电流互感器饱和的影响,具有较好的鲁棒性。     

基于MMC闭锁与负直流电压无闭锁的综合直流故障限流策略

基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流电网存在抗直流故障扰动能力弱的问题。为此,在无闭锁和闭锁限流的基础上,提出了一种适用于柔性直流电网的无闭锁与闭锁的综合直流故障限流策略。故障发生后,各换流站首先根据直流侧出口电流进行基于负直流电压控制的无闭锁限流,若某换流站由于无闭锁降压限流失效而发生过流,则主动将该换流站闭锁。故障消失或隔离后,无闭锁换流站第一时间恢复正常工作模式,而无须等待重启过程较长的闭锁换流站,以尽量减小系统功率损失。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提综合直流故障限流策略可快速阻断故障电流,并兼顾限流过程的安全性和快速性,最大限度保证系统功率传输,提高了直流电网的抗故障扰动能力。     

新型四电容组合的半桥MMC子模块拓扑

随着模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在柔性直流输电工程的广泛应用,架空线路的直流侧短路故障频发,如何快速清除故障电流成为柔直工程中亟待解决的关键问题之一。传统的半桥子模块拓扑缺乏对直流侧故障清除的能力,而全桥子模块拓扑可以通过输出负电平来清除故障电流,但是其投资成本较高。基于此,在半桥子模块的基础上,提出了一种四电容组合的半桥子模块(four capacitor combined half bridge sub-module,FCC-HBSM)拓扑。FCC-HBSM通过4个半桥级联组成一个四电容的子模块,不仅可以快速有效地清除直流故障电流,还能够自均衡故障前后的电容电压。并且,相较于一些其他改进型子模块拓扑,所提子模块拓扑具有更简单的控制方式,同时减少了功率器件的数量,能够进一步降低换流站的建设成本。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,FCC-HBSM具有良好的直流故障清除和保持故障前后电容电压均衡的能力。     

基于边缘检测的大规模风电场送出线路纵联保护算法

由于风电出力的波动及送出线路发生故障时故障电流的频偏特性,风电场送出线路纵联保护灵敏度下降甚至拒动,因此提出了基于边缘检测的风电场送出线路纵联保护算法。通过将风电场送出线路两侧采集到的电流构造为矩阵形式,并使用Sobel算子进行边缘检测,从而确定电流采样值变化大的部分。然后通过所识别到的线路两侧电流采样值变化大的部分计算平均梯度幅值并与整定值相比较,实现区内故障和区外故障的快速识别。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了大规模风电场送出系统模型,验证了所提算法的适用性、速动性及抗过渡电阻能力。与现有送出线路的纵联保护相比,所提方法在风电场弱出力的情况下仍适用,且动作速度更快。     

基于控制特征量响应的多端柔性直流输电线路保护

多端柔性直流输电系统控制灵活,系统故障时控制与保护联系紧密。在考虑柔性直流输电不同控制策略下控制过程量的响应特征基础上,利用控制信号暂态能量的大小关系识别区内外故障,并利用正负极的暂态能量比值进行故障选极,提出一种基于外环功率控制类特征信号检测直流输电线路故障的保护方案。该方案充分利用换流器的快速响应能力,实现简单,故障检测时间快,便于控制和保护的集成设计,能够实现对不同控制策略和控制参数的自适应保护。最后,通过大量仿真验证了所提保护方案在故障识别以及故障选极上的有效性,并考虑多种因素的影响,验证了保护的可靠性。     

模块化换流阀低压加压电路及批量测试技术

为解决柔性直流输电工程模块化换流阀现场测试效率低、测试覆盖面不够广的不足,提出一种模块化换流阀低压加压电路及模块批量测试技术,采用低压直流源、低压加压网络配合阀控批量测试策略,实现了阀塔级子模块直流电容批量受控充电、自动批量测试及快速可控放电,解决了传统测试方案测试效率与测试项目无法兼顾的不足。研制了低压加压设备,搭建了EMTDC系统仿真模型以及含实际工程换流阀阀塔的试验系统,验证了所提方案的正确性与可行性。     

柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。     

基于模量行波差异的柔性直流输电线路单端量保护方法

在柔性直流输电中,基于波形特征的行波保护在近端或对近端故障时易受后续行波影响,保护范围存在死区;且发生区外非金属性故障时故障处电压并非阶跃波,若以故障处电压为阶跃波开展原理研究,则也会影响保护的动作性能。针对以上问题,首先解析发生区内、外故障时故障处电压波形差异的原因,然后分析线模与零模电流之间的差异性,进一步得到反映区内、外故障的模量行波差异通项。为避免区外非金属性故障的影响,在此基础上利用不对称故障下行波的折反射特征,提出模量行波差异与折反射特征相配合的单端量保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提保护方法能有效解决近端故障下保护拒动的问题且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力,此外还避免了区外非金属故障的影响。     

计及主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护

针对传统直流保护原理应用于柔性直流电网中存在可靠性降低、灵敏度下降的问题,提出计及换流器主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护原理.分析了故障电流在换流器电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段的极性特征,进一步构造了改进型故障电流极性特征序列,引入基于斯皮尔曼相关性系数的电流波形特征判别方法,实现柔性直流电网故障区域判别...     

基于电流突变量比值的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有的高压直流输电(HVDC)线路纵联差动保护可靠性不足且动作延时较长的问题,提出了基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案。该方案利用特定频率下直流滤波器组和HVDC线路中的电流突变量比值的大小识别故障发生的位置。当发生区内故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值均在1附近;当发生区外故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值中必有一个远大于1。仿真结果与现场录波数据测试表明,基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案能够在各种工况下准确快速地识别区内外故障。     

考虑直流控制系统影响的HVDC输电线路后备保护研究

在考虑直流控制系统影响的情况下,详细分析了HVDC输电线路区内、区外的故障特征以及直流控制系统的动作特性和控制状态。引入并分析了基于开关函数的交直流系统二次谐波计算等值模型。通过分析故障期间换流器触发角和直流侧二次谐波量的变化特征,提出了一种新的以换流器触发角为保护动作量,利用二次谐波分量闭锁的直流线路后备保护方案,给出了保护整定的理论计算方法。与直流线路纵联差动保护相比,该保护不因直流电流波动影响而被闭锁,保护动作时间较快;与微分欠压保护相比,具有更高的抗过渡电阻能力。通过PSCAD/EMTDC大量仿真计算,验证了该保护能可靠区分直流线路区内、区外故障,与直流线路纵联差动保护和微分欠压保护相比具有明显的优越性。     

基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述

现阶段投运的柔性直流电网通常采用半桥型模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC),具有惯量低、阻尼小等基本特征,存在故障演变迅速、设备过流能力弱、故障电流开断难等技术挑战。妥善处理柔性直流电网的故障电流限制问题,具有重要的理论价值与现实意义。针对于此,阐明了柔性直流输电技术的发展需求和引入故障限流措施的必要性,系统地总结了国内外研究现状。依据实体限流和虚体限流技术方案进行了分类整理和性能比较,论述了两类限流措施的技术优势及不足之处。最后,提出了半桥型MMC柔性直流电网故障限流方法的未来发展方向,探讨了其中的难点问题和解决思路。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

适用于MMC型直流变压器的直流故障主动限流控制方法

为满足模块化多电平换流器(MMC)型直流变压器对直流故障电流快速限制的要求,有必要对其主动限流控制方法进行研究。文中通过对双极短路故障机理的详细分析和故障电流的建模,得到了考虑上升阶段交流馈入量后的桥臂电流,以及短路电流峰值和峰值时间的表达式,然后给出了可以通过降低在故障发生后每相子模块投入数量来限制故障电流的结论。基于此结论,设计了一种新型主动限流控制方法。该方法通过产生附加直流偏置和交流增益,进而调整桥臂电压的直流分量和交流分量,再经调制环节达到限流目的。最后通过仿真验证了所提出方法的有效性和优越性。     

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。     

柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。     

基于故障分量差动电流极性特征的直流线路故障全过程保护原理

为了提高直流线路保护的可靠性,需要研究能够在故障暂态和稳态过程中均可识别故障的后备保护原理。提出了基于故障分量差动电流极性特征的故障全过程差动保护原理。通过对故障暂态阶段(换流器未响应阶段、换流器动态调节阶段)及故障稳态阶段的电流故障分量特征进行分析,得出故障全过程中整流和逆变侧故障分量差值在区内故障时满足正极性特征而区外故障时不满足的结论,建立面向故障全过程的差动保护判据。仿真结果表明了该判据在各种工况条件下的正确性,受交流系统故障特征谐波影响小,具有较强的抗过渡电阻性能和抗干扰能力。     

基于拟合电流斜率特性的柔性直流配电线路纵联保护方法

光伏、风电等低碳清洁可再生能源和多样化负荷的接入促使直流配电网成为新的研究方向.为提高其供电可靠性,需对配电网系统进行故障特征分析.针对直流故障线路与换流器直流侧电容构成放电回路的前期阶段,提出一种适用于柔性直流配电线路的纵联保护新方法.该方法基于最小二乘法,并以故障电流采样数据拟合曲线斜率的方式,识别故障后直流线路两...