交直流混联电网中交流暂态侵入对直流继电保护的影响分析

为减少交流系统故障情况下直流继电保护误动作事故的发生,引入交流暂态侵入(IAST)的概念,为交直流混联系统中直流继电保护的设计与运行提供新的视角。首先分析了IAST及其暂态响应的机理、形式、特征等。在此基础上,分析了IAST给直流继电保护带来的问题和挑战。结果表明,IAST使得换流器区保护与换流变压器区保护之间的权责不清,导致以100 Hz保护为代表的直流保护与交流保护之间的时序配合不当,影响到直流保护的动作定值与性能。在保证直流输电系统一次设备安全的前提下,可通过改进保护逻辑、优化定值等手段,最大限度地提高交直流混联系统的运行效率和可靠性。     

渝鄂柔性直流工程接入对500 kV交流线路差动保护影响分析

渝鄂背靠背柔性直流工程投运后可提高相邻区域电网的稳定性,但引入的电力电子设备也将改变系统的故障特征,因此有必要对原有交流保护进行重新校验。在不同的直流输送容量、功率传输方向以及STATCOM无功支撑等运行方式下,分析了柔性直流侧注入交流短路点的故障电气量特性:正负序故障电流幅值受直流控制策略影响较大,正序故障电流幅值随电压跌落程度的加深而降低、负序故障电流被完全抑制,但零序故障电流未受影响。分析发现,交流故障穿越期间的有功电流限幅环节是影响柔性直流侧故障电流幅值大小的主要原因。随后,针对该故障特性可能会影响交流线路差动保护启动判据、降低保护动作速度甚至造成保护拒动的缺陷,提出了交流强故障侧指挥柔性直流弱故障侧并辅以电压减量判据的启动元件优化策略。最后,基于实际柔性直流工程的控制策略及参数,利用PASCAD/EMTDC软件搭建仿真模型验证了所提优化策略的有效性。     

直流馈入下交流系统故障特性分析及故障分量电流差动保护改进

由于直流系统的故障响应具有快速非线性特征,基于准稳态的分析方法不再适用于高压交直流互联(HVDC/AC)系统,因此对于交流保护的适应性分析将更为困难。为解决上述问题,在原有HVDC/AC系统动态相量等值方法的基础上,计及直流系统的非线性以及不同故障严重程度下直流系统控制策略切换的影响,提出更为准确的HVDC/AC系统等值计算方法。基于此,分析直流系统的接入对交流线路暂态故障特性的影响,研究该影响与故障分量电流差动保护动作性能之间的关系,并提出基于电流暂降检测的故障分量电流差动保护自适应动作判据。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了理论分析的正确性及改进策略的有效性。     

交流系统故障对直流输电系统的影响及改进建议

远距离、大容量、交直流混合运行电网中,交直流系统间的相互影响非常复杂。文中以南方电网交直流混联系统运行实例为基础,讨论了直流系统控制功能在交流系统故障期间的作用,分析了交流系统故障时可能误动的相关直流保护监视功能及换流变和站用变保护等,并给出了相应的改进建议。这不仅有助于提高直流输电系统的运行维护水平,确保交直流系统的安全稳定运行,还为未来直流输电系统的设计、交直流输电系统控制保护功能的合理配合等提供了有益的参考。     

一起交流滤波器差动保护动作处理及分析

交流滤波器是直流输电系统中用于滤除谐波和补偿无功的重要设备,一旦发生故障,将影响直流系统的稳定运行。交流滤波器差动保护作为滤波器主保护之一,是滤波器安全稳定运行的前提之一。本文通过对一起由于滤波器光CT合并单元故障导致差动保护动作的实例进行分析,介绍了差动保护的动作原理和存在的问题,并提出相应的防范措施。     

特高压交直流混联电网稳定控制分析

结合我国电网发展综述了特高压交直流混联输电系统安全稳定控制存在的问题及解决方法。首先,根据交直流混联系统网架结构,给出了初步评价该类系统稳定性的一般方法,分析了交直流混联系统存在的稳定性问题及控制需求。其次,结合我国电网规划中的交直流混联系统,论述了利用直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制等方法提高交直流系统稳定水平的方法,并给出了研究示例,验证了上述方法的有效性。最后,针对目前交直流混联系统研究存在的不足,展望了未来研究方向。     

逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路差动保护灵敏性优化方案

针对逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路差动保护灵敏度降低问题,提出了一种基于改进判据的差动保护优化方案。利用逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路故障特征,分析交流线路差动保护的适应性,正常区内故障时,将制动分量设为0,提升保护的灵敏性,当两侧相角差超90°时,判据中加入两侧电流相角差来削减灵敏性降低程度;与直接降低制动系数的方法相比,优化方案可以通过改变参数来兼顾差动保护的可靠性,且优化方案不受逆变型新能源场站外接系统强弱影响,适用范围更广;最后,利用PSCAD仿真软件搭建了逆变型新能源场站接入张北四端柔性直流系统模型,仿真验证了优化方案的有效性。     

行波特性分析及行波差动保护技术挑战与展望

行波差动保护以行波电气量构成,具有两个特点:行波是电压和电流的组合电气量,天然地包含了分布电容电流;行波是运动电磁场,传输时延是运动的必然属性。因此行波差动保护与电压等级、分布电容电流和线路长度无关。行波差动保护可以按照暂态电气量构成,也可以按照稳态电气量构成,前者动作速度快,后者抗干扰能力强。行波差动保护可以应用于交流线路,也可以应用于直流线路。文中首先综述了国内外行波差动保护技术的研究现状,然后系统地总结了行波特性,接着指出了行波差动保护实际应用面临的挑战,最后重点分析了行波差动保护在特高压交流输电线路、直流输电线路和半波长交流输电线路上的应用,并展望了行波差动保护的发展前景。     

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。     

交直流混合电网故障耦合特性分析与继电保护研究

随着交直流混合程度加深,电网运行难度明显增加,保障交直流混合电网安全运行已成为我国电网重大而紧迫的需求.换流站是交直流混合电网的枢纽,区别于传统同步机电源,故障耦合特性呈现复杂性.从换流站对扰动的响应与传递特性出发,阐述了其耦合特性及产生机理,为交直流混合电网的故障分析与保护研究提供了理论基础.在此基础上评估了交直流线...     

MMC-HVDC对交流线路电流相位差动保护的影响分析

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)具有高度的可控性,其故障电流特性与传统的同步电源差别较大,可能影响电流相位差动保护的动作性能。推导了故障线路换流站侧和电网侧电流相量的表达式,对故障电流特性进行了深入分析;在此基础上,推导得了到单相接地故障和相间短路故障条件下故障线路两侧电流相角差的解析表达式;分析了故障类型、电压不平衡度、功率参考值等因素对故障线路电流相角差的影响,进而指出MMC-HVDC对电流相位差动保护动作性能的影响机理。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

接入MMC-HVDC的交流系统线路自适应距离保护研究

接入MMC-HVDC的交直流混合系统中,当与柔性直流线路直接相连的下级交流线路保护不能正确切除区内故障时,将由上级交流线路的距离Ⅱ段或Ⅲ段动作切除故障。柔性直流输电线路运行方式的变化将导致上级线路距离保护Ⅱ段的保护范围缩小,以很大的概率发生拒动,此时只能依靠距离保护Ⅲ段动作,故障清除时间延长。针对这一问题开展研究,深入分析了MMC-HVDC运行方式对交流系统距离保护的影响,提出了一种基于柔性直流输电公共连接点处量测信息的自适应距离保护方法。该方法能够有效降低MMC-HVDC对上级交流线路距离保护的影响,保证距离Ⅱ段的正确动作,减小了故障的清除时间。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建含MMC-HVDC的交直流混合系统,仿真验证了所做分析和所提出方法的有效性。     

柔性直流输电系统交流侧线路继电保护适应性研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统运行控制特性与常规直流输电（LCC-HVDC）差别较大,其对交流侧继电保护的影响也不同于LCC-HVDC。基于MMC换流站控制器的动态响应特性,推导了交流电网故障下MMC逆变站交流侧短路电流表达式,分析了逆变站输出短路电流幅值、相位特性与MMC控制方式之间的关系;在此基础上,提出了基于MMC控制方式的等效矢量分析方法,直观刻画了保护电气量之间的相位关系。通过推导故障电气量及保护动作方程,分析了逆变站在不同控制方式下纵联电流差动保护、距离保护和零序电流保护的动作特性,明确了MMC对交流侧继电保护的影响范围,所得结论为MMC-HVDC交流侧线路保护的配置及整定提供了参考依据,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的有效性。     

海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障穿越协调控制策略

针对海上风电经柔性直流联网系统受端交流故障导致的直流过电压问题,提出了直流过电压协调抑制策略。针对单极直流过电压,通过合理切换双极MMC控制模式,可使故障极MMC主动维持直流电压稳定。并设计了风电场精确减载控制策略,以保证非故障极MMC满载运行,从而降低单极MMC退出对受端交流电网的影响。针对双极直流过电压,设计了一种基于本地直流电压测量信息的风电场减载控制策略,即根据直流电压变化率及偏差量主动降低风电场有功出力,以抑制直流电压上升率及幅值。并提出了附加桨距角控制及其参数选取原则,使风电场与各换流站内电容共同维持直流电压稳定,提高系统故障穿越能力。最后,基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了系统仿真模型。不同受端交流故障情况下的仿真结果表明,所提直流过电压协调抑制策略可保证直流电压在安全运行范围,维持系统安全稳定运行。     

基于MMC多端柔性直流输电保护关键技术研究

基于MMC的多端柔性直流输电是直流输电的重要发展方向。对MMC多端柔性直流输电控制保护系统进行了研究,介绍了一种基于子模块电容电压优化平衡控制算法的控制策略,详细给出了柔性直流输电系统保护配置,对阀侧交流母线差动保护策略和换流器区保护策略等保护关键技术问题进行深入研究,给出了具体的解决策略。并搭建了多端MMC-HVDC仿真试验系统验证控制保护研究策略,详细分析了阀侧交流母线两相短路接地故障和换流器上桥臂短路故障仿真结果。所研究内容对多端MMC-HVDC工程的研究和发展有重要的借鉴意义。     

一种适用于MMC-HVDC直流输电线路的保护新原理

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为一种新型多电平拓扑结构的电压源换流器,具有扩展性强、输出电压质量高、谐波含量少等优点,已经展现出极其重要的工程应用前景。首先介绍了模块化多电平高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)的拓扑结构及运行原理,然后通过故障附加状态网络分别对区内和区外故障进行了分析,并利用二阶微分法提取了故障时电压、电流的故障分量,得出了保护策略。根据故障网络分析可知,当直流线路发生区内故障时,电流故障分量极性相同;当直流线路发生区外故障时,电流故障分量极性相反。因此,可以根据电流故障分量的极性是否相同来识别区内、外故障,利用二阶微分法来提取故障时电流的故障分量,用以识别区内、外故障。另外,根据故障网络分析还发现,当直流线路发生区内故障时,单极故障时电压故障分量极性相同,双极故障时电压故障分量极性相反。因此,可以根据电压故障分量的极性是否相同来识别故障极。利用二阶微分法来提取故障时电压的故障分量,根据电压故障分量的极性,识别故障所在的极。最后利用PSCAD电磁暂态仿真软件建立了MMC-HVDC的仿真模型。仿真结果验证了故障分析以及保护方法的正确性。     

MMC-HVDC系统中阀侧交流母线故障保护策略研究

模块化多电平换流器直流输电系统(Modular Multilevel Converter HVDC,MMC-HVDC)的阀侧交流母线与换流器直接相连,其故障对换流阀造成的危害相对于网侧交流母线故障要严重的多。对其控制保护策略进行深入的研究分析有助于提高MMC-HVDC系统电力传输的安全性和可靠性。首先对MMC基本结构及原理进行了介绍。然后对阀侧交流母线故障进行了分类,就单相接地故障对系统的影响进行了深入的研究分析,并提出了针对性的控制保护策略。最后通过对阀侧交流母线单相接地故障进行仿真,验证了故障特性分析的正确性和对应保护策略的可行性。     

交流系统电压对MMC-HVDC接地故障时换流器闭锁前桥臂电流的影响机理

直流线路接地故障是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的主要故障类型。发生故障时,为满足直流断路器切断电流要求,应在MMC闭锁前切除故障,而MMC的闭锁时刻取决于子模块中绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)承受故障时桥臂电流的能力,因此对故障时单桥臂电流的特性分析提出了更细致具体的要求。首先介绍了真双极MMC的拓扑结构和工作原理,分析了在发生直流线路单极接地故障时闭锁前故障电流不同成分在MMC桥臂上的流通路径。然后采用复频域计算法,构建了故障时桥臂电流的数学模型,推导了交流系统电压对MMC闭锁前桥臂短路电流的影响机理。研究表明交流系统电压相角对故障时桥臂电流的幅值影响显著。最后,基于PSCAD仿真实验平台,搭建31电平单端及51电平双端MMC-HVDC,在不同电压幅值与相角取值下的仿真结果验证了该机理的正确性。