基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。

基于固有模态能量熵的多端混合直流线路方向暂态保护研究

特高压多端混合直流输电线路首端整流侧边界、线路末端逆变侧边界不对称,T区边界不明显,线路保护故障区间的准确判别是目前亟需解决的重要问题。该文以昆柳龙特高压三端混合直流输电系统为研究对象,将保护元件安装于T区左右两侧,提出一种基于固有模态能量熵的多端混合直流线路方向暂态保护方法。论文分析特高压多端混合直流输电线路首端整流侧边界、线路末端逆变侧边界频率特性。根据T区两侧保护元件检测到的故障电流暂态能量的正负特性,提出T区左右两侧故障方向判据。利用互补集合经验模态分解(complementaryensembleempiricalmode decomposition,CEEMD)对故障暂态电流进行不同尺度分解,根据固有模态能量熵提出线路首端整流侧及线路末端逆变侧区内、外故障判据,解决了提取单一信号频带检测故障的局限性。分析和仿真结果表明,该保护方案仅利用T区左右两侧的保护元件就能实现特高压多端混合直流输电线路全线速动保护,且具有较好的耐受过渡电阻能力。

多端混合直流与稳控系统的接口设计与仿真研究

传统的两端直流控制保护系统(简称"直流控保")与安全稳定控制系统(简称"稳控系统")的接口设计不能适用于多端混合直流工程。结合昆柳龙直流工程的应用实际,对多端混合直流控保和稳控系统的接口方式、数据传输和功能逻辑进行了重新设计,提出了一套直流控保和稳控系统接口时序配合和功率损失量计算的方法,实现方法简单,计算结果准确,能够大幅度简化稳控系统的相关计算逻辑。为了验证该接口设计的有效性,基于RTDS系统构建了实际直流控保和稳控系统组成的闭环实时仿真系统,对二者接口的关键技术细节和典型运行工况进行了详细仿真验证,提出了具体的优化改进措施。仿真研究结果表明该接口方案能够适应多端混合直流的复杂运行工况,应用该接口设计的昆柳龙直流工程已在现场投入运行。

特高压多端混合直流闭环实时仿真研究

特高压多端混合直流输电技术在满足更远距离、更大容量可再生能源输送方面提供了一种更灵活的输电方式。本文以送端采用常规特高压直流(ultra-high voltage direct current,UHVDC)、受端采用双阀组混合换流阀串联结构所构成的特高压混合三端直流输电系统为例,搭建了双极特高压混合三端直流输电系统的RT-LAB实时仿真模型,实现了与直流控制保护装置的闭环接入,测试结果验证了闭环实时仿真模型与控制保护策略的有效性。该平台可方便地实现特高压混合三端直流输电控制保护系统功能和动态性能的验证,为特高压多端混合直流输电系统的应用提供技术支撑。

多端混合直流系统的转换开关配置计算分析

结合特高压多端混合直流输电系统"多端"和"混合"的特点,对直流转换开关的配置和工程计算进行了分析。针对因"多端"特点带来的复杂分流关系问题,采用随机数原理与仿真建模结合的方式,提出了大地回线转换开关和金属回线转换开关转换电流计算的新方法,避免了复杂的数学计算,所得近似转换电流最大值能够应用于工程转换开关震荡回路和避雷器参数配置;针对"混合"特点,提出在柔性直流站可考虑不安装中性母线开关,其原保护范围可由柔直换流器直接闭锁和中性母线差动保护进一步扩大来代替的建议,并通过仿真建模进行了验证。

±800 kV特高压多端混合直流频率限制器及参数整定

针对异步联网运行后,高水电占比多直流外送云南电网面临的频率失稳风险,采用直流频率限制器(frequency limit controller,FLC)进行故障调频提高系统频率稳定性。分析了FLC对送端电网系统频率稳定性的提升作用机理,提出了反向频差复归模型的控制逻辑和参数整定方法。为提高FLC的调制效果,通过控制变量仿真分析各环节不同参数对FLC性能的影响,得到±800 kV特高压多端混合直流FLC参数的建议值,即频率死区为0.15 Hz,输出限幅值分别为+20%和-50%,比例环节系数为30,积分环节系数为22.2。采用BPA(Bonneville Power Administration)仿真分析有无FLC功能下的系统响应情况,验证了所提FLC配置方案对提高系统频率稳定性的有效性。可为特高压多端混合直流工程相关调制功能的定值整定提供重要参考和指导。

基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法

针对现有直流线路差动保护速动性不足、双端数据需要严格同步的问题,以三端混合高压直流输电系统为对象,在S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析,发现利用S域功率差特征可以有效识别区内外故障,并实现故障区域的准确定位;在此基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;进而提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,该方案能在4 ms/10 kHz的时间窗内正确识别区内故障和故障区域,并具有故障选极的特性,无需双端数据严格同步,且具有较高的可靠性、灵敏性及抗干扰能力。

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。