基于电磁时间反演的VSC-HVDC系统架空线-电缆混合线路故障定位方法

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过该判别函数在不同区段发生故障时数值不同实现故障区段的判定。然后,分析了电磁时间反演理论在故障定位中的可行性,分析确定了故障特征谐波。利用线路两端特征谐波的电流行进波作为时间反演电路的电流源,设置与原线路拓扑结构镜像的线路,利用时间反演电流源与镜像线路构建时间反演电路。在此基础上,根据时间反演的能量聚焦特性列写故障区段内的故障定位方程并实现区段内故障定位。利用PSCAD/EMTDC搭建的电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统仿真证明了所提方法能实现线缆混合直流输电线路的故障定位。

基于限流电抗器两侧特定频段暂态能量比的MTDC电网单端量保护方案

柔性直流输电技术有利于未来大量分布式能源接入电网,而配置快速、可靠的保护方案是柔性直流技术发展的关键。基于直流电网等效模型,提出一种基于限流电抗器两侧电压特定频段暂态能量比差异性的单端量故障区域识别方法。该方法依据贝瑞隆等效模型计算出限流电抗器两侧电压比,通过广义S变换提取限流电抗器两侧特定频段电压,根据故障时正负极限流电抗器的电压幅值差的差异性实现故障选极。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,分析出发生区内外故障时差异性明显,具备较强的耐过渡电阻与抗噪声干扰能力。

Application of DC component to select fault branch in arc suppression coil grounding system

When single phase earth fault occurs in the arc suppression coil grounding system, the amplitude of the transient capacitance current is high and decays fast, but the attenuation of the transient inductance current is much slower. This paper analyses the DC component of fault branch, and has found it is much bigger than that of the normal branches in transient state. All the simulation results obtained from three compensation types, different fault time and different wave cycles show that the DC component of fault branch is much higher than that of those normal branches. These results verify the effectiveness of taking the DC component as the method of fault line selection in the arc suppression coil grounding system.

CSC-HVDC输电线路单端行波自动故障定位方法

传统行波故障定位方法有行波波头难以识别,无法实现自动化的固有缺点,为此,基于直流线路发生故障时,线路两侧的直流滤波器和平波电抗器组成的物理边界会对电压行波中的高频信号产生全反射,而且高频电压行波在故障点折射强于反射的特点,采用线路的分布参数模型,提出了一种高压直流输电线路单端行波自动故障定位方法。该方法用线路高频电压分量和高频电流分量计算沿线电压分布,识别出前行波和反行波的最强叠加点即可实现故障定位。此方法避免了传统行波测距中需要人工识别行波波头的缺点,所需数据窗短,测距特征明显易于实现自动化,仿真验证表明该方法定位精度高,1 000 km线路最大测距误差仅为800 m,且不受过渡电阻的影响。

适用于架空线路输电的新型双极MMC-HVDC拓扑

在充分借鉴传统直流输电工程结线方式的基础上,提出了一种适用于架空线路输电的新型双极模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统拓扑。该拓扑中换流器采用基于箝位双子模块的改进型模块化多电平换流器(MMC),接地极线从上下2个换流器串联构成的双极结构中间引出。重点分析了换流器在故障条件下的等值电路和直流闭锁机理,并设计了直流侧故障后的详细控制策略,并用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了该系统拓扑的有效性和可行性。结果表明:双极拓扑具有运行方式灵活、系统可靠性高等优点;由于二极管反向阻断和箝位作用,换流器在封锁所有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)触发脉冲后数ms内就能实现直流闭锁,因此无需交流断路器动作,仅依靠换流器自身动作就能抑制短路电流;所设计的控制时序可有效处理直流侧的故障,并在暂时性故障下帮助系统迅速重启动,减少系统停运时间。

基于MMC的两端TWBS-HVDC直流侧短路故障电流计算方法

基于三线双极结构的高压直流(TWBS-HVDC)输电系统能够较大程度地发挥直流线路的输电能力,是一种实现交改直和线路增容改造的有效方式。针对TWBS-HVDC系统与双极直流系统在接线形式上的差异,文中提出了一种适用于两端TWBS-HVDC的直流侧短路故障电流计算方法。首先基于模块化多电平换流器(MMC)暂态等效电路建立两端TWBS-HVDC在不同直流侧故障发生至线路直流断路器动作阶段的暂态等效模型。以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准,将所有直流故障归纳为3类,分析推导各类故障下的状态方程,通过求解状态方程中系数矩阵的特征值和特征向量得到故障电流解析表达式。最后在MATLAB/Simulink数字仿真平台中,搭建两端TWBS-HVDC模型进行仿真验证,结果验证了所提TWBS-HVDC直流侧短路故障状态方程求解法的准确性和有效性,为直流断路器选型和限流电抗器参数整定提供了可靠依据。

CCC-HVDC系统的故障恢复特性

随着大容量、远距离输电的应用日益广泛,应用传统换流器的直流输电系统有明显的缺陷,而电容换相换流器(CCC)由于其特有的换相特性,成为研究的热点。如果要应用于实际工程,必须首先对它的暂态特性有详细的了解。为了研究CCC-HVDC系统的故障恢复特性,首先利用PSCAD/EMTDC对CCC-HVDC系统和普通换流器系统分别建模,研究二者在各种暂态故障下的动态特性,记录了两个系统在各种故障下,整流侧和逆变侧的电压和电流。仿真结果表明CCC-HVDC系统和普通换流器系统在不同的故障情况下,表现出的暂态特性有明显差异。通过比较发现,在三相交流故障,直流线路故障和阀短路故障中,CCC的故障恢复特性都比普通换流器好,CCC提高了抵抗换相失败的能力,降低了甩负荷过电压,CCC在整流装置中的阀短路过电流比普通换流器的小。在CCC中通过使用可控串联电容可减小铁磁谐振。但在不对称故障中,CCC系统的恢复特性没有传统换流器系统好。

三种MMC-HVDC直流故障处理方法下电力系统暂态稳定性分析

首先介绍在远距离大容量输电场合,3种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)拓扑及其处理直流故障的方法:基于半桥子模块(half bridge sub-module,HBSM)的HMMC-HVDC跳换流站交流侧断路器,基于箝位双子模块(clamp double sub-module,CDSM)的CMMCHVDC通过换流器控制实现直流侧故障自清除,以及基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和MMC的混合拓扑在MMC直流出口处加装大功率二极管(LCC-D-MMC-HVDC)。然后,在由MMC-HVDC和交流线路构成的交直流并列简化系统中,基于等面积法则,对上述3种直流故障处理方法的暂态过程进行理论分析,并提出评价指标。最后通过仿真验证了分析结果。

基于单端暂态量的MMC-MTDC直流线路故障辨识方法

在多端柔性直流MTDC(multi-terminal flexible DC)系统中,带有模块化多电平换流器MMC(modular multi⁃level converter)的直流线路的故障辨识是目前亟需解决的重大科学问题。通过分析直流线路故障期间的暂态电流和电压,提出一种基于单端暂态电流和电压的快速辨识方法。根据故障线路与非故障线路电流变化量的差异建立了故障线路辨识模型,依据正、负极暂态电压的样本标准差建立的故障极辨识模型,辨识时间短且无需两端数据通信。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建张北四端口柔性直流系统模型,通过算例验证了该方法能在各种故障下快速准确地辨识故障的类型,且具备一定的抗干扰性和耐过渡电阻能力,满足多端柔性直流系统对直流线路故障辨识的要求。

基于EMTDC的高压直流输电控制系统的仿真

介绍了基于直流系统电磁暂态(electro-magnetic transient in DCsystem,EMTDC)建立的直流输电控制系统,该控制系统两侧均有定电压控制器,可通过调整直流电压参考值实现直流系统的降压运行。仿真实验结果表明:该控制系统电流指令追随性好,在直流电流下降后的恢复过程中,能有效抑制直流电压和电流的波动;在逆变侧发生单相接地故障时,由于整流侧有最小触发角限制作用,在逆变侧有故障恢复启动功能,因此在故障时能保持较大的熄弧角,在故障恢复过程中有很强的协调能力和控制能力。

基于电阻耗能支路的MMC-HVDC线路故障清除与重启恢复策略

结合直流断路器特性的模块化多电平换流器(MMC)改造是实现直流故障清除经济可行的方案之一,在此背景下,提出一种基于电阻耗能支路的MMC改造方案。在实施该方案时,通过MMC与附加端口、线路的电阻耗能支路和关断隔离支路之间的相互配合,实现故障电流快速转移和衰减。此外,该方案利用流过线路电阻耗能支路开关模块的电流,准确判定故障类型,并提出故障线路的重启恢复策略。最后,在PSCAD中建立双极直流输电(MMCHVDC)系统,验证所提方案和故障线路重启恢复策略的有效性。仿真结果表明:所提方案故障清除时间短且故障电流峰值较小,故障线路重启过程平稳可靠。

基于EMTDC的直流线路故障特征的仿真分析

以南方电网高肇直流输电工程的EMTDC模型为基础,对直流线路故障进行了仿真分析,分析故障后线路保护中各种判据所依赖的电气量的变化规律以及相关保护的动作特性。通过设置不同故障位置,包括整流侧,线路中点和逆变侧故障,以及不同过渡电阻对线路保护的动作情况,特别是行波保护和低压保护进行仿真研究。结果显示,故障位置对电气量的影响不大,而过渡电阻对保护影响则比较大,过渡电阻接近100Ω时均可能导致行波低压保护的拒动。

基于改进时域法的多端MMC-HVDC故障电流计算

为解决基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(high voltage direct current,HVDC)故障电流解析计算精度不足的问题,提出一种计及远端站影响的多端MMC-HVDC故障电流改进时域求解法。首先,在分析故障后子模块电容放电路径的基础上,推导换流站等效电容值等系统参数,建立MMC-HVDC系统故障后网络等效模型。其次,将直流电网各换流站解耦,以故障后各支路电流近似解为初值,逐次修正计及远端站影响的多端MMC-HVDC线路等效电阻及等效电感,得到多端MMC-HVDC系统中各支路的故障电流值。最后,基于RT-LAB仿真平台搭建四端柔性直流电网模型,对故障电流计算值与详细电磁暂态仿真结果进行对比。结果表明,所提故障电流求解方法能够准确、有效地计算出多端MMC-HVDC短路故障后各支路电流值,最大误差小于5%。

基于暂态信号距离辨识的MMC-HVDC线路保护方案

针对柔性直流线路保护的主要技术难点直流故障的可靠识别和快速隔离,分析了基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电线路故障暂态量变化特征,发现线路内部故障时直流线路两端的电流量、电压量变化特征与区外故障时有较大差异。并通过暂态信号距离辨识得出互距离度构成线路保护判据。仿真验证表明,该方案原理简单、可靠性高,且不受系统参数及干扰的影响。

风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

采用架空线柔性直流输电技术进行远距离输电是大规模风电场友好型并网的有效手段。针对架空线路易发生故障的问题,采用对称双极主接线并配置直流断路器是其主要解决方案之一。该文基于双极接线方案运行方式灵活及直流断路器的故障清除能力,提出风电经架空线基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)并网的直流故障穿越协调控制策略。根据非故障极的功率转带能力,将故障清除后的不平衡功率分配划分为自消纳情景和非自消纳情景。针对自消纳情景,通过合理切换双极MMC的控制模式,可在提高非故障极功率转带能力的同时自主消纳不平衡功率,进而有效降低转移功率的影响范围;针对非自消纳情景,设计考虑风机转速约束的风电场超速减载协调控制策略,优化分配各风电机组承担的减载功率,充分利用其转子动能和捕获风功率的变化实现精确减载;同时通过控制模式切换使非故障极MMC自主运行于满载状态,减小单极退出运行对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。

双辅支路抑制HVDC换流站直流侧故障方案

针对换流站单极直流极线接地故障影响因素展开研究,提出双辅支路抑制故障方案。建立±800 kV换流站仿真模型及直流导线模型,分析故障位置对故障程度的影响。模拟换流站单极直流极线接地,验证“阻耗+速断”双辅支路抑制故障方案的有效性。结果表明,接地故障发生在线路中点时,系统过压过流现象最严重。双辅支路可有效抑制故障电压、电流极值差,优化电压、电流波动范围及恢复稳态时间,有效降低故障危害。研究结果可为±800 kV换流站直流侧故障抑制方案设计提供参考。

MMC-HVDC系统直流断线故障特性分析

在柔性直流输电系统故障特性的研究中,对直流断线故障特别是模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)-HVDC系统的直流断线故障研究很少。基于对称单极主接线形式和模块化多电平拓扑结构,提出了系统直流断线故障发展过程中非故障直流母线上存在故障电流的新特性。首先,分析了非故障直流母线上故障电流产生的机理;其次,按照换流站运行及控制模式的不同,从直流场、交流场和换流阀3个方面对故障电流引起的系统电压电流变化特性进行了分析,并推导了故障电流的计算表达式;再次,从继电保护的角度分析了故障电流对整个柔性直流输电系统的影响;最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了双端系统进行仿真,验证了故障特性分析的正确性。

基于电流模量分析的MMC-MTDC系统直流输电线路故障识别

直流线路故障的快速、可靠识别是基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性多端直流输电(multi-terminal direct current,MTDC)系统发展的关键技术之一。通过分析柔性多端直流系统线路故障后电流的暂态特征,提出了一套基于单端电流模量分析的MMC-MTDC系统直流线路故障识别方案。该方案通过对电流一模故障分量动态偏差值极值极性与大小的检测实现了直流线路故障快速定位,并利用故障后电流零模故障分量的差异,从而实现了对故障极的快速判别。在PSCAD仿真平台上搭建了双极四端MMC型柔性直流电网的模型,通过仿真算例验证了该保护在不同故障位置和过渡电阻下均能快速、可靠地检测到直流线路故障并且准确识别故障极。

直流断路器结合暂态行波的HVDC输电线路故障保护算法

针对传统交流系统保护难以适用于目前的多端高压直流输电线路问题,提出直流断路器结合暂态行波的多端高压直流输电线路直流故障保护算法。首先,通过小波变化提取故障时刻高频暂态电压分量,并基于区内、区外故障小波能量值的故障识别方法,提出设计含混合式直流断路器多次重合闸判定方法的直流故障保护算法。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建四端高压直流输电线路模型。仿真试验验证了保护算法的可行性,以及在故障识别成功率和过渡电阻耐受能力方面的优势,对于直流输电线路故障快速判定具有重要的理论指导和实际意义。

基于有源消弧暂态衰减信息的配电网接地故障跟踪检测方法

现有配电网单相接地故障检测技术缺乏消弧过程的故障程度跟踪与选线能力。该文充分利用消弧过程中的暂态信息,建立考虑线路参数不对称的集总参数等效模型,论证消弧过程零序电压衰减直流特征的物理意义,提出考虑快速消弧的配电网故障检测新方法,对于低、高阻接地故障均有较高的检测灵敏度。实际应用中,仅需观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形,即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线,具有瞬时性故障实时跟踪、故障检测与故障消弧同步进行的优势,操作简单、易于实现。仿真实验证实了方法的有效性,为配电网故障检测提供了新的理论依据。