计及系统过电压的直流配电网接地方式选择与绝缘配置

过电压特性与系统接地方式密切相关,对关键设备选取、设计具有重要意义,但目前在直流配电网中结合过电压分析进行接地方式选择的研究仍不完善。文中首先基于模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)型±10 kV双端直流配电网分析过电压产生机理,并通过PSCAD/EMTDC平台的故障仿真,对比3种典型接地方式下系统关键位置的过电压峰值。然后,提出综合故障恢复能力、经济性、电压稳定性、过电压峰值作为指标进行接地方式的选择,评估得出交流侧变压器中性点经电阻接地、直流侧不接地为所研究系统的优选接地方式。最后,基于荷电率计算设计方法确定相应的避雷器参数与配置方案,并通过仿真进行了有效性验证。研究结论为直流配电网接地方式选择与绝缘配置提供了参考。

近场地震作用下柔性直流换流阀抗震性能分析

柔性直流换流阀具有重心高和柔度大的特点,其地震作用下的抗震性能关系到整个输电工程的安全。以某柔性直流换流站工程的柔性直换流阀作为研究对象,研究近场地震动作用下柔性直流换流阀的抗震性能。首先建立了换流阀有限元模型,模态分析后得到换流阀的自振特性。然后选取8条近场脉冲型地震动和远场地震动记录,并进行地震动作用下换流阀结构整体响应计算,对比分析近场脉冲型地震动和远场地震动作用下换流阀的加速度响应和应力响应。结果显示:与远场地震动相比,近场脉冲型地震动作用下换流阀上部结构的加速度放大效应更加显著,支柱绝缘子根部和框架的等效应力也明显增大,对换流阀结构抗震安全不利。

基于波形相关性的直流配电网主动式接地故障选线

采用小电流接地方式的直流配电网发生单极接地故障时故障特征较弱,为准确可靠选出故障线路,文中提出基于注入信号波形相关性的接地故障选线方法。所提方法首先将预先设计的附加控制策略施加于直流配电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)上,实现探测信号注入。然后结合零模网络,得出故障特征为:各条健全馈线首端计算的特定频率零模电流流向相同、而其与故障馈线首端计算的零模电流流向相反。最后,基于该故障特征设计选线判据,引入皮尔森相关性系数比较各条馈线的归一化零模电流和总归一化零模电流的相关性,根据健全馈线相关性系数接近于1、故障馈线相关性系数接近于-1的特征完成故障选线。仿真结果表明,所提方法在高阻接地故障下能可靠识别发生在母线或各条馈线任意位置的单极接地故障。

动车组辅助变流器接地故障检测保护方式比较

对目前动车组辅助变流器电流型和电压型两种接地检测方式进行对比研究,对两种接地检测方式的工作原理进行说明,推导了两种接地检测方法的计算公式,并阐述了采用两种接地检测方式判断动车组辅助变流器是否发生单相接地故障的保护逻辑,最后给出了两种接地检测方式的对比研究结果。

基于单相级联H桥变流器的配电网故障消弧与选线新方法

为解决配电网单相接地故障消弧与选线保护难题,提出了一种配电网有源接地方式及其故障消弧与选线新方法。采用单相级联H桥多电平变流器直接接入配电网的中性点,配电网发生单相接地故障时,通过多电平变流器向中性点注入补偿电流,补偿流经接地点的故障全电流,并强制使故障相电压为0,实现故障消弧。经过一定延时后,逐渐减少注入电流至0,多电平变流器退出补偿,进行接地故障判断;若判断系统发生了永久性接地故障,则根据多电平变流器退出补偿前后的注入电流量及各出线零序电流改变量,进行选线保护。理论分析和仿真结果表明:该方法原理清晰、易于实现,具有可行性。

模块化多电平换流器型高压直流变压器的直流故障特性研究

下一代高压直流电网技术成为未来电网发展的重要方向,高压直流变压器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备,也是制约直流电网推广的技术瓶颈之一。然而有关模块化多电平换流器型高压直流变压器(modular multilevel converter based HVDC transformer,M-HVDCT)拓扑的故障响应特性和故障穿越能力的研究尚未见诸报道。在搭建PSCAD/EMTDC仿真模型的基础上,首先分析了M-HVDCT的直流侧线路双极短路、单极接地短路故障机理,分析了系统的故障输出特性。结果表明,双极短路时的子模块电容放电是造成瞬态电流冲击的主因,而变压器耦合的阀侧馈能则是稳态故障电流的原因;M-HVDCT对双极短路故障具有故障隔离能力,而单极接地短路故障则会因为变压器的耦合作用而传到非故障侧,从而给系统带来负面影响。仿真实验结果验证了理论分析的正确性,研究结果将为直流电网技术的工程化研究提供重要的理论和工程应用基础。

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。

直流输电系统换流器接地故障定位

直流换流器故障具有多样性和时空离散性,造成了故障分析和保护配合的复杂性。当前采用的保护与故障之间并非一一对应,同一故障导致的保护动作具有不确定性,同时,根据保护动作情况也不能进行很好的故障定位。文中结合CIGRE模型的仿真,对7种典型的直流换流器接地故障进行理论分析,指出了不同故障位置引起的换流器工况和电气量特征的差异性,并依据故障时刻对故障特征的影响,提出了划分故障特征时段的方法。最后,结合阀导通的时间特性,提出了以电气特征与延时相结合的换流器接地故障定位判别新思路。

张北柔性直流电网故障电流特性及抑制方法研究

张北柔性直流电网示范工程为确保换流阀在直流故障情况下可靠穿越,在直流线路配置150m H电抗器、中性线配置300m H电抗器,电抗器限制故障电流发展速度的同时也降低了故障电流衰减速度,导致极端故障情况下换流阀保护晶闸管的结温超出设备耐受水平。该文研究张北工程故障电流衰减机理,针对设备耐受能力和故障耐受要求不匹配问题,提出3种解决方案,并通过PSCAD/EMTDC仿真对3种方案的技术性能进行分析验证,通过ANYSYS仿真软件对不同技术方案换流阀晶闸管结温进行校核,验证技术方案的可行性。最后综合对比不同技术方案的优缺点,为张北工程建设提供技术支撑。

直流输电换流变压器阀侧交流单相接地故障

直流换流变阀侧交流接地故障具有时空离散性,故障发生在高、低压桥会造成阀桥工况的巨大差异,而故障点与电流互感器的相对位置也会带来故障相测量电流的不同,故障发生时刻的变化更是会引起故障特征的变化。本文突破了对单一事故分析的局限性,根据故障后的阀换相电压变化及故障通路变化,提出了换流变阀侧交流单相接地故障解析分析的原则与方法,给出了故障发生时刻的特征时段划分的依据及划分情况。并结合阀换相规律,从阀工况层面分析了换流器故障后的暂态过程。最后,结合天广直流工程的保护配置,进行了全面的保护校核,并给出了投旁通对的桥臂选择策略。

互联系统电磁暂态交互作用研究,Ⅳ:直流侧对交流侧的影响

我国电力系统正在形成交直流互联的巨大网络,交直流系统操作及故障、直流换流阀的动作、负荷变化产生的ns、μs、ms级的电磁暂态将在直流系统和交流系统中交互作用,交直流互联系统的电磁暂态交互作用可对交流系统和直流系统构成危害,特别是导致直流系统的换相失败及闭锁等严重事故。鉴于此,在已有的能比较准确反映交直流互联系统的关键元件电磁暂态特征的宽频特性模型的基础上,在PSCAD/EMTDC平台上建立计算模型,基于交流侧冬小、冬大、夏小、夏大4种运行方式,分别对应直流系统的3种运行方式(双极大地回路、单极大地回路、单极金属回线),进行各种故障时的电磁暂态计算,为防止交直流互联系统的电磁暂态交互影响提供电磁兼容设计及测试参数。结果表明,直流系统对交流系统的电磁暂态影响较小,发生各类故障时在交流侧750、330kV线路及母线产生的过电压幅值均在规程中规定的允许范围内。该研究为分析交、直流互联系统的电磁暂态交互作用打下了基础。

基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障分相柔性消弧方法

中性点非有效接地配电网长期存在单相接地故障消弧难题,传统柔性消弧方法利用实时检测的电源电压计算注入补偿电流值,通过控制连接于配电网中性点的单个有源逆变器实现消弧,已有方法需进行故障选相并且逆变器需通过Z型变压器及升压变接入配电网。提出基于三相级联H桥变流器的配电网接地故障分相柔性消弧新方法,三相级联H桥变流器通过连接电感直接挂接在各相线,发生接地故障时,利用实时检测的相电压计算注入补偿电流值,分相控制级联H桥变流器注入补偿电流,控制故障点电压为零,实现接地故障消弧。仿真结果表明该方法可灵活、有效地补偿接地故障电流,抑制接地故障电弧重燃。且采用单相或三相级联H桥变流器进行故障消弧时,不需要进行故障选相。

电压源换相高压直流输电系统接地方式设计

针对电压源换相高压直流输电(voltage sourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)系统分析了其不同接地方式的优劣性。通过建立VSC-HVDC的电磁暂态模型,对不同接地方式下的系统稳态谐波性能、内部交流母线故障特性以及直流线路故障特性进行了详细的仿真研究,并深入分析了故障机制。通过比较不同接地方式下的系统稳态及暂态工况,分析了不同接地方式的优劣性。作为结论,提出了滤波器中点连接于直流电容中点,同时直流电容中点通过高阻接地的VSC-HVDC系统接地配置方案对于提高系统的稳态及暂态性能是有利的。

大容量架空线柔性直流输电关键技术及前景展望

柔性直流输电技术(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)应用于远距离大容量架空线输电是实现我国能源资源优化配置的客观要求,也是电网技术发展的未来趋势。目前柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合所面临的关键问题有:直流线路故障难以快速清除、输送容量难以与传统直流输电相媲拟、主接线方式和接地方式选择原则还没有定论等。针对问题1,分析现有工程所采用的拓扑结构在直流故障下的脆弱性,重点综述具有直流故障穿越能力的拓扑结构。根据其处理直流故障的特点将其划分为3种基本类型。对比分析几种典型拓扑的优缺点。针对问题2和3,为实现高电压大容量输电任务,提出基于组合式换流器的双极结构拓扑。该结构内每极由若干基本换流单元(basic converter units,BCU)串并联构成,接地极线从上下正负极结构中间引出。分析4种单元扩展的方式。综述可行的接地方式及其优缺点。最后,结合我国电网结构特点和能量流动特点,分析两种基本的柔性直流系统结构,指出其所面临的挑战和机遇。

基于谐波注入的柔性直流系统接地极线路故障测距方法

针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)的直流输电系统,文中利用其灵活可控性,提出了一种基于谐波主动注入的接地极线路测距方法:通过对某一极换流站投入子模块数量的主动控制,改变对应极线直流电压,从而在接地极线路上产生不平衡谐波电流和电压分量;在此基础上,即可实现可靠的故障测距。仿真结果表明,所提出的谐波注入方法能够产生所需的谐波分量,且对系统正常运行影响较小;此外,接地极线路上直流不平衡电流大小对该方法的测距精度影响较小;在高阻接地、近端接地、噪声影响等工况下仍能保持较高的测距精度,最大误差小于1.5%,能够满足接地极线路的测距精度要求。

一种具备单相接地故障调控与无功补偿能力的多功能并网型变流器

针对现有配电网接地故障消弧装置存在的设备利用率低下、容量要求高等突出问题,提出了一种兼具接地故障调控与无功补偿能力的多功能并网型变流器(multi-function gridconnectedinverter,MF-GCI)。首先介绍了MF-GCI的拓扑结构和工作原理,MF-GCI由有源模块和无源模块组成,系统在电网正常运行时工作于无功补偿模式,保证电网侧单位功率因数运行;在电网发生单相接地故障时工作于消弧模式,有效抑制接地故障电流。其次,通过数学推导和矢量图分析可知,有源和无源模块的协调运行实现了MF-GCI在任一模式下的容量优化。此外,提出了MF-GCI的动作逻辑以及模态间柔性切换方法,有效解决了模式切换时出现的变流器输出电压超调问题。最后,通过不同方案的对比分析,以及仿真和实验验证了所提拓扑结构及功能的正确性、可行性和有效性。

基于MMC的环状直流配网在不同接地方式下的故障特性分析

基于MMC的环状直流配电网电能质量和供电可靠性高、易于分布式电源接入,但其故障类型多、故障特性复杂且与接地方式密切相关,因此完善的故障特性分析对于主电路参数设计、保护配置等具有重要意义。首先,建立了基于MMC的环状直流配网模型,对其关键设备的主回路和控制方法做了介绍。其次,在三种接地方式下,针对中压直流系统单极接地故障和换流器交流侧单相接地故障,研究了故障回路及故障特性,并对三种接地方式的优缺点进行了分析。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了建模仿真分析,验证了理论分析的正确性。仿真结果表明接地方式对故障特性具有较大影响,相关分析也为直流配网故障检测提供了参考。

电压源换流器接地方式对直流配电系统的影响

针对低压直流(Low Voltage Direct Current,LVDC)配电系统分析比较了电压源换流器不同接地方式的优缺点。分别在换流器电容中点直接接地和高阻接地方式下,对换流器交流出口处不对称故障特性和直流线路单极接地故障特性进行了分析,并建立LVDC电磁暂态模型进行了仿真研究。对比系统不同工况下的暂态性能可知,电压源换流器电容中点高阻接地方式优于直接接地方式。高阻接地的方式对限制故障电流更为有利,同时也有利于直流配电系统故障消除后的快速恢复,这为未来直流配电系统保护方案的配置奠定了基础。

柔性直流换流站直流接地点选择探讨

为了保障人的安全和设备绝缘免于被破坏,文中通过对一种真双极柔性直流输电工程主接线存在的可能运行方式进行分析,提出了系统安全运行的接地方式,并比较了在单端接地运行方式下,设立独立的直流工作接地极和与换流站共用接地极的优缺点。最后通过计算分析得出采用共用接地极,在发生单相接地故障时,地网电位的升高对设备和人身安全的影响,提出了可靠的运行方式和接地方案。

换流变压器阀侧单相接地故障保护动作分析

文章系统分析了超高压直流输电系统的换流变压器阀侧发生单相接地故障时的特点,并讨论了相应的换流变压器差动保护和换流器差动保护的动作行为,最后运用EMTDC对CIGRE直流输电标准测试系统的整流侧和逆变侧换流变压器阀侧单相接地故障进行了仿真分析,研究了交直流保护系统的配合及相关的解决措施,完善了超高压直流输电系统的故障分析和保护配置。