基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案

多端柔性直流配电系统的发展尚面临几大技术难点亟待解决,在继电保护方面主要问题在于直流故障的可靠识别。传统交流配电系统、高压直流输电系统保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。因此,该文设计了一种新型的多端柔性直流配电系统直流线路保护方法。利用线路边界特性,通过小波变换提取区、内外故障的暂态特征差异,实现故障的快速、可靠识别;并利用直流电抗器压降判据实现保护的方向性。该方法基于单端电气量实现全线路保护,动作速度快,无需通信,能够满足直流配电系统对保护的速动性、可靠性和选择性要求。最后,大量的仿真算例验证了所设计方案的可行性。

基于单端电气量的多端柔性直流配电系统暂态保护

随着配电系统结构的发展与变化,传统交流配电系统、高压直流输电系统的保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。目前所提直流配电线路的保护方案有2种思路:基于线路两端信息和基于线路单端信息。前者需要通信通道,要求两端数据的同步,动作速度慢;后者需要构造保护边界,增加系统经济成本。基于此,提出了一种基于单端电气量、无需构造保护边界的多端柔性直流配电系统暂态保护方案。首先,分别计算线路一侧的正、负极暂态电压与其正常稳态电压的标准差系数识别故障极。然后,分析发生区内故障时各电气量的时域解析关系,分别推导出单、双极故障时的微分方程以计算故障距离,从而实现区内、外故障的快速、可靠识别。最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。仿真结果表明,所提保护方案在各种故障情况下仅基于本地信息即可有效识别故障极和区内、外故障,有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力,满足直流配电网对保护速动性与选择性的需求。

多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,I_(dc)-U_(dc)与Q-U_(ac)下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。

多端柔性直流配电系统主从控制模式下的稳定性与优化控制

多端柔性直流配电系统是配电系统的一个重要发展趋势,其可有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。主要研究了主从控制模式下多端柔性直流配电系统运行时的稳定性问题。建立了基于动态导纳的小扰动稳定分析模型,研究了直流负荷、直流线路参数和多端互联等影响因素变化时系统出现的不稳定现象,提出了基于带通滤波的前馈补偿定直流电压控制方法,并对补偿前、后的系统稳定性进行了分析比较,通过改进的IEEE 33节点配电系统进行时域仿真测试,仿真结果表明了所提方法能够有效地提高系统阻尼与稳定性。

多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。

交流侧接地方式对多端柔性直流配电网保护配置的影响

[目的]为了提高多端环形柔性直流配电网的供电可靠性,研究了交流侧不同接地方式下的故障特征及其对保护配置的影响。[方法]首先确定了两电平、模块化多电平等不同类型换流设备的交直流故障等效通路,从故障过压、过流水平及故障恢复等方面分析了不同接地方式下交直流不对称故障对保护配置的影响。随后从保护原理配置、定值整定、出口方式及配合原则等方面,给出了多端环形柔性直流配电网典型保护配置方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件下搭建了三端柔性直流配电网的电磁暂态模型。[结果]仿真结果表明:当交流侧采用高电阻接地方式时,通过合理的保护配置可提高交流不对称故障时系统的稳定性、实现直流不对称故障的零停电时间故障穿越。[结论]研究成果为多端柔性直流配电网的接地方式设计、保护配置研究提供了一定参考。

基于暂态电压Pearson相关性的MMC多端柔性直流配电网单极接地故障保护方案

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流配电网直流侧保护方案,目前主要针对其双极短路故障进行了研究,而单极接地故障同样会对系统稳定运行产生严重影响。鉴于此,该文提出了一种基于暂态电压Pearson相关性的单极接地故障保护方案。该方案利用电压变化率和低压作为启动和检测判据;根据正负极线路暂态电压Pearson相关系数在区、内外故障时的差异进行故障识别;并利用故障时刻的直流电压特性确定故障极。最后,在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)上搭建了基于MMC的四端柔性直流配电网模型。仿真结果表明:该方案不受过渡电阻、故障距离以及信号噪声的影响,且基于本地信息量、无需通信。

多端柔性直流配电网高频功率相关性纵联保护方法

直流线路保护是保障多端柔性直流配电网系统安全稳定运行的关键,主要技术难点在于故障区段的准确识别和快速隔离。文中分析了故障后直流配电网中暂态高频分量的分布特点,提出一种基于高频功率的直流线路纵联保护方法。利用故障前后高频功率的幅值变化,提出保护快速启动判据。利用不同故障情形下线路两侧高频功率线性关系和相关系数的差异,提出基于线路两侧高频功率相关系数的故障识别和选极判据。基于MATLAB/Simulink建立多端柔性直流配电网模型,仿真结果表明所提保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且相邻线路保护无须配合,对双端数据同步要求较低,不受系统运行方式影响和网络拓扑的限制,且具备良好的抗过渡电阻能力。

基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护

柔性直流配电系统中电力电子装置耐受冲击电流能力差,系统1~2ms左右闭锁。目前绝大多数直流保护利用极短数据窗暂态信号构成判据,容易受到噪声、量测误差和控制切换暂态影响,其动作性能受到考验。因此,该文提出了一种基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护。该保护利用端口的本地保护与系统中各变换器间协调控制配合,通过控制切换的方式改变系统中变换器的调制频率,进而将各端口变换器变为具有特征信号的注入源,然后利用特征信号进行计算与检测,最终形成直流线路保护。该保护与传统直流保护相比,解决了变换器快速闭锁后无法给保护提供有效故障信息的问题,同时不需要增加额外设备且无需较高的数据采样频率,有效的在电力电子设备中实现控制保护相结合,原理简单可靠。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建多端柔性直流配电系统,验证了所提保护方法的有效性。

多端柔性直流配电网的可靠性和经济性评估

[目的]随着柔性直流技术发展及越来越多分布式电源和储能设备接入电网,为更好地满足新能源并网和发展城市智能配电网,对柔性直流配电网进行可靠性和经济性评估。[方法]选择了珠海多端柔直配网示范工程拓扑作为研究对象,用最小路法对柔性直流配电系统网络架构进行可靠性计算,并评估柔性直流配电网典型应用场景的经济性。[结果]随着IGBT和IGCT等器件国产化和成熟化,柔直配网的经济性和可靠性将逐渐优于交流配电网。[结论]相关的研究结果将为后续的柔性直流配电网工程提供重要参考和应用依据。

基于RTDS多端柔性直流配电网的启动控制策略

随着分布式新能源接入配网以及多端柔性直流输电技术的发展,多端柔性直流配电网的应用前景广阔。研究一种适用于直流配电网的快速平稳启动控制策略,并基于实时数字仿真平台(Real Time Digital Simulation, RTDS)建立了四端"手拉手"的直流配电网模型并进行时域仿真,仿真结果表明此控制策略能有效地抑制启动过程中大电流,实现多端直流配电网快速平稳有序启动。

基于自适应功率调节的多端柔性直流配电网主从控制策略

针对多端柔性直流配电网(multi-terminal flexible DC distribution network,MFDCDN)传统控制策略存在的电压偏差大、通信依赖性强、参数整定困难等问题,首先分析MFDCDN的典型拓扑和运行方式,然后结合主从控制与下垂控制的优点,提出一种自适应功率调节的MFDCDN主从控制策略。该策略可保障各从属换流站实现电压无差调节和维持功率平衡,从站通过检测母线电压信号能够不依赖通信系统进行模式切换。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,通过模拟主站退出和负载切除等工况,验证了所提控制策略的有效性和优越性。

含潮流控制器的多端柔性直流配电系统协调优化

当多端柔性直流配电系统发生功率扰动、换流站过载或停运时,直流网络的潮流分布将呈现非线性变化,可能导致线路过载或节点电压越限。为此,提出一种换流站与直流潮流控制器(DCPFC)共同参与调节系统潮流的协调控制策略,以各工况下网损和电压偏移最小,建立多目标优化模型。首先,考虑换流站下垂控制的局限性,通过灵敏度法指出DCPFC可减小电压偏移。然后,提出了含DCPFC的多端柔性直流配电系统最优潮流(OPF)模型,自适应修正下垂系数与DCPFC的控制参数。最后,推导了各工况下网损与电压偏移的解析表达。对四端柔性直流配电系统的仿真结果证实了所提控制策略的有效性。

基于改进混沌算法的多端柔性直流配网可控技术优化

一旦电力电子设备发生故障或者运行状态不稳定,会直接影响多端柔性直流配电网的稳定性,可以用潮流调度方式维护配电网的稳定性。但多端柔性直流配电网潮流调度需要同时考虑多个条件,具有调度优化难度大的问题,为此,应用基于改进混沌算法的多端柔性直流配电网潮流调度优化方法,以多端柔性直流配电网运行特性,确定配电网潮流可控调节变量;选择大容量电压源型换流器作为调节设备,扩展配电网潮流调节范围;通过粒子群算法改进混沌算法,将可控变量表示为混沌粒子实现潮流调度优化。实验结果表明,在全天范围对多端柔性直流配电网系统进行潮流调度,能够保证配电网功率保持在理想潮流状态,具有应用价值。

基于全过程故障电流的多端柔直配电网直流故障保护策略

直流侧故障的可靠识别与准确定位是多端柔性直流配电网亟需解决的问题。小电流接地方式下,系统极地电压均发生偏置且稳态故障电流幅值较小,无法直接依靠稳态差动电流判据识别故障位置。鉴于此,提出了一种以工程应用为目标的直流侧故障识别与定位方法。针对单极故障,采用基于全故障电流的识别方法:首先利用基于暂态方向电流差动保护识别故障位置;进一步针对因系统运行方式改变或过渡电阻较大而导致故障无法准确识别的情况,利用基于小电阻投切的稳态电流差动保护判断故障位置。针对极间故障,采用基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。当快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;同时,控制装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器并解锁换流器,在新拓扑结构下实现故障快速恢复。最后,在PSCAD中搭建三端模块化多电平换流器直流配电网,仿真结果证明该方案可辨识100?以上过渡电阻的单极故障,实现极间故障毫秒级隔离、秒级恢复,且期间不会发生过压过流现象。

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一。针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法。根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据。在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力。

柔性直流配电系统故障后快速恢复方法研究

由于电力电子装置耐受冲击电流能力差,直流线路故障后所有换流器(包含非故障区域的换流器)均在1~2ms左右闭锁且闭锁后多变换器间存在较大压差,导致系统恢复速度慢,这极大地降低了直流配电系统的供电可靠性。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法首先改进了DC/DC变换器的拓扑,然后分析了直流电压波动机理,利用能量守恒原理提出了波动量引入的直流电压稳定控制,最终将改进的拓扑和所提控制策略相互结合,形成多端柔性直流配电系统故障后的快速恢复方法。该方法解决了多端柔性直流配电系统闭锁后多换流器间存在压差导致系统恢复速度慢的问题,极大地缩短了系统失电时间,使系统可在30ms内恢复可靠供电。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建多端柔性直流配电系统模型,验证了所提方法的有效性。

基于GOOSE通信技术的直流配电网分布式区域保护方法

针对多端柔性直流配电网的故障快速识别、定位及隔离这一关键技术难题,利用配电网中相邻直流配电终端节点的故障识别特征信息,提出一种基于面向通用对象的变电站事件(GOOSE)等通信方式的直流配电网分布式区域保护方法,能够实现故障快速定位及隔离功能。首先将复杂的直流配电网通过网格化分解成若干个有限区域单元,每个区域单元就是一个独立的故障预判区,然后提出一种依靠直流配电终端的GOOSE通信,在故障预判区内通过比较中心节点和边界节点配电终端的带方向电流状态值来实现故障定位,并通过直流断路器来隔离故障的保护策略。最后,在实时数字仿真系统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和准确性。

考虑氢-电混合储能的直流配电网优化调度

针对氢-电混合储能系统的运行模型和多端柔性直流配电网的电压-功率下垂特性二次调节过程,提出了一种源-储-网联合多时间尺度优化调度策略。日前调度阶段以运行成本和电压偏差率最小为目标,优化混合储能运行模式、微型燃气轮机的启停与下垂特性二次调节参数,为日内优化调度提供参考;日内滚动优化调度阶段以经济性为目标,微调设备出力并修正预测误差带来的功率波动。以某环形多端直流配电网为例,验证了所提调度策略的可行性、混合储能的优势和下垂特性二次调节对运行的改善。

内嵌于MMC换流器的多端口直流潮流控制器

在柔性直流输配电系统中,由于直流系统易于通过多点馈入、多端成网以解决控制灵活及供电可靠的问题,环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。为解决柔性直流网络中潮流控制自由度不足问题,需要增加直流潮流控制器以实现潮流优化控制,达到输电走廊堵塞缓解及线损减少的目的。针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流网络,提出一种内嵌于MMC的多端口直流潮流控制器(embedded DC power flow controller,e-DCPFC),可实现同一电压等级环状或网状柔性直流电网的潮流控制。其通过对MMC拓扑的衍生实现,具有结构简单及易于多端口扩展的优势,且线路潮流双向可调。该文描述内嵌式直流潮流控制器的拓扑结构及工作原理,提出其与MMC的协同控制策略,在Matlab中搭建仿真模型,通过3种运行工况验证e-DCPFC的可行性及有效性。最后搭建e-DCPFC的原理样机进行实验验证,实验结果证明该直流潮流控制器在各种工况下直流网络潮流控制有效。