基于波阻抗的多端直流电网快速保护方案

针对含限流电抗器的多端直流电网,提出了一种基于单侧波阻抗的快速保护方案。首先分析了感性终端条件下不同故障区域的波阻抗特性,然后通过引入电压启动判据,提出了基于本地波阻抗的故障区间识别判据。该文采用梯度算法快速提取电压和电流行波,并计算波阻抗值。与传统的行波保护相比,该算法提高了保护在高阻故障下的灵敏度,并且仅由本地电气量构成,能够满足保护速动性的要求。最后,基于PSCAD仿真平台搭架四端直流电网,大量仿真结果证明了所提算法的有效性。     

多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键问题,其主要技术难点在于快速可靠地识别故障区段。传统交流系统保护和常规直流输电系统保护原理很难适用于柔性直流电网。根据柔性直流电网故障暂态特征以及一次设备固有构成,该文提出一种基于线路边界元件的新型快速方向纵联故障识别判据,以及一种实用可靠的故障选极判据,并设计相应的线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流电网模型,通过大量的仿真算例验证该保护原理的可行性,以及在硬件成本、动作速度、耐受过渡电阻能力等方面的突出优势。     

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。     

多端直流电网限流电抗器的优化设计方案

针对多端直流(MTDC)电网中限流电抗器的配置问题,提出了一种通用的优化设计新方案。该方案以系统配置的限流电感总和最小为优化目标,综合考虑了直流断路器、换流站闭锁和保护需求的约束条件,采用优化算法确定了限流电抗器的全局最优配置。该设计方案减小了限流电感给系统带来的不利影响,并能够保证系统在故障穿越期间能够连续、可靠地运行。由于在优化过程中采用了短路电流近似计算模型,从而大大提高了优化效率。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建三端模块化多电平换流器(MMC)型直流电网,仿真结果验证了所提出方法的有效性。     

基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

直流故障的快速可靠识别是多端柔性直流电网亟须突破的关键技术之一。基于线路边界元件直流电抗器的特征,提出了一种新型的多端柔性直流电网线路边界保护方案。利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,实现故障线路的快速识别;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。该方案仅通过单端直流电抗器的电压即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通信。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性。     

柔性直流电网架空线路快速保护方案

基于柔性直流输电的直流电网技术,是大规模清洁能源接入电网的有效手段,直流电网快速线路保护是其面临的重要技术挑战之一。以国内计划建设的张北直流电网工程为背景,提出了一套适用于全网配置直流断路器、采用架空线输电的对称双极直流电网线路快速保护方案。保护仅利用单端信息进行故障判别,且保护数据窗短,满足速动性的要求;保护采用电压梯度快速检测故障,利用限流电抗器对故障电压信号的平滑作用实现故障区间的判别,并根据零模与一模电压传播特性的差异判定故障极,实现保护的选择性与高可靠性。结合直流电网的PSCAD模型,验证了所提出方案在不同故障情况下的保护性能,并分析了保护对运行方式改变的适应性。     

基于暂态电流比值的多端柔性直流电网保护

多端柔性直流电网(multi terminal DC,MTDC)要求直流线路发生故障后在几毫秒内隔离故障线路,如何实现故障线路快速可靠识别是MTDC直流线路保护的难点之一。该文利用区内外故障时保护安装处暂态电流与本侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)故障电流的比值差异,提出了一种基于暂态电流比值的直流线路保护方案。该方法通过测量线路双端电气量来判断故障位置,可以保护线路全长。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流电网模型,通过仿真验证所提保护方案的可行性与优越性。     

基于本地信息的多端柔性直流电网故障定位方法

故障定位技术是保障多端柔性直流电网安全可靠运行的关键技术。由于直流网络之间的相互连接导致其故障暂态特征十分复杂,故障定位往往要依靠通信手段,同时技术难度也会大幅提升。以基于两电平电压源型变流器的多端柔性直流电网为研究对象,提出一种基于本地信息的多端柔性直流电网的故障定位方法。利用限流电抗器作为直流线路边界,分析了限流电抗器类型的选取及其对断路器开断和保护动作时间的影响,从保护识别的准确性和动作的可靠性角度讨论了限流电抗器的容量和位置配置;对直流行波保护的电压变化率判据进行改进,通过比较限流电抗器两端电压变化率的比值和差值设定故障区间的判别方法及逻辑,利用本地信息确定故障位置;基于MATLAB/Simulink进行了大量仿真测试,验证了所提故障定位方法的可行性和有效性。     

基于MMC的多端直流电网双极短路故障电流计算

直流侧故障切除能力是衡量直流输电系统的重要指标。针对子模块采用半桥拓扑的模块化多电平换流器(MMC)直流侧发生双极短路故障的机理进行分析,定量研究了影响故障电流峰值的主要因素;并将结论延伸至多端直流电网,提出了不同电网拓扑和不同位置发生故障后10 ms内各换流站出口、线路电流的计算方法;在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建三端电磁暂态仿真模型,并将故障电流计算结果与仿真结果进行对比验证,结果表明所提计算方法具有一定的精度和速度,对直流电网规划、直流断路器选型具有一定的指导意义。     

基于突变能量比值的多端柔性直流电网闭锁式纵联保护方案

多端直流电网中的限流电抗器集中配置,直流线路之间边界元件的缺失将使区内、区外故障的辨别变得困难。针对上述多端柔性直流电网,提出了一种基于突变能量比值的闭锁式纵联保护方案。以保护安装处的突变能量作为启动判据检测直流电网中的故障,利用故障前、反行波在换流站两侧的突变能量比值差异构造保护动作判据。双端保护判断完成后,仅需进行逻辑交换即可决定是否执行跳闸。在PSCAD/EMTDC平台上验证了所提保护方案的有效性,仿真结果表明该保护方案能够有效辨别区内、区外故障,并拥有较好的耐过渡电阻能力和抗噪声能力。     

基于直流电压变化率的直流电网直流故障保护

研究了基于直流电压变化率的直流电网直流故障监测与隔离。介绍了量测直流电压变化率的原理,分析了直流限流电感、直流故障位置、直流故障类型、故障电阻值及量测时间常数对直流电压变化率的影响。在PSCAD/EMTDC下搭建了四端口环形直流电网,选择了各直流断路器的整定值,当电压变化率超过整定值时判定发生区内直流故障,给直流断路器开断信号,从而触发断路器动作来清除直流故障。通过对极对地、极对极故障的仿真,验证了所研究方法的可行性。     

多端直流输电与直流电网技术

基于常规直流及柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决中国新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一。从对直流输电发展的背景分析入手,概述了两端直流输电技术,深入探讨了多端直流输电和直流电网的基本概念,结合多端直流和直流电网的区别与联系及其各自的技术特点,指出了构建未来直流电网需要解决的关键技术问题、产生原因和国内外的研究进展,为中国直流电网技术的研究方向提出了思考和建议。     

多端柔性直流电网故障隔离技术研究

直流故障隔离技术是多端柔性直流输、配电系统发展的关键技术。然而,直流系统直流侧故障存在电流快速上升、过流幅值大等特点,对隔离技术提出了极为苛刻的要求。该文针对工程实际中最为典型的两电平电压源换流器(two-level voltage source converter,two-level VSC)型和模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)型直流系统,结合国内外研究成果,以交流断路器、换流器和直流断路器为分类依据,归纳、阐述了各自适用的隔离措施。同时,对各种隔离措施的优缺点进行了分析说明。基于Matlab/Simulink仿真平台,分别搭建了基于两电平VSC和MMC的直流系统,对相关隔离方法进行了仿真测试、验证与比较,为工程实际中隔离措施的配置提供理论依据。     

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。     

多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法

与传统交流电网相比,柔性直流电网具有较强优势,在可再生能源等多能源接入应用中引起了高度重视。为避免多端柔性直流电网中各子系统争夺电压控制权问题,提出了一种多端柔性直流电网公共直流电压协同控制方法。该方法利用柔性直流电网公共直流电压作为公共信息源,根据负载单元、可再生能源单元、储能单元和辅助供电单元的不同工况,分别由可再生能源单元、储能单元以及辅助供电单元独立地将公共直流电压控制在规定范围之内,实现电网电压稳定。通过Saber软件进行的仿真表明,所提方法能够有效控制多端柔性直流电网公共直流电压,维护系统功率平衡。     

柔性直流电网超高速保护方案研究

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

多端柔性直流电网线路故障暂态等值电路及暂态特征分析

线路保护问题是柔性直流电网进一步发展的瓶颈,故障后的等值电路及暂态特征作为线路保护的理论基础亟待系统性分析。该文利用换流器与输电线路的暂态模型和故障点的边界条件,建立线模–零模解耦后的暂态等值电路,得到故障行波传递到故障线路端口、直流母线和非故障线路端口的传递函数,分析初始故障行波的暂态变化特征。此外,通过分析故障行波在感性线路端口和故障点间的多次折射和反射,得到故障行波在线路端口反射和故障点折射、反射后波形的方向和幅值变化规律,并分析在故障点线模和零模之间的混叠现象。最后,在PSCAD/EMTDC搭建四端仿真模型,通过理论计算值和仿真模拟值的对比分析验证正确性,并分析换流器、限流电抗器等器件参数变化时波形的变化特点。     

基于架空线的直流电网保护方案研究

直流电网技术是我国进行可再生能源大规模开发利用的重要手段。然而,目前我国的大范围功率传输仍以架空线为主,因此研究以架空线为主要传输线路的直流电网技术是非常必要的。该文基于架空线故障率高的特点,针对直流电网故障保护,分析两种主要保护技术路线对于架空线应用直流电网的适用性,提出两种路线各自的系统保护流程,并分析对比其性能优劣,最后给出适用于架空线系统的合理保护方案,并进行仿真验证。     

含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究

对于配置直流断路器的架空柔性直流电网,快速可靠的直流故障检测是主要技术瓶颈之一。该文利用小波变换提取故障时刻高频暂态电压分量,基于区内外暂态能量差异提出故障识别方法;根据正负极电压变化量差异提出故障极判别方法;设计含故障启动、故障识别、故障选极和直流断路器多次重合闸判据的线路保护方案。该方案通过测量本地电气量实现全线路保护,无需通信,具备较强的耐受过渡电阻和抗扰动能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端架空柔性直流电网模型,仿真分析保护整定值的选取方法,并通过大量算例证明所设计线路保护方案的快速性和可靠性。