基于模块化多电平换流器的柔性直流换流站过电压分析与保护

发布时间：2020-02-03 23:03

【摘要】：传统高压直流输电工程的运行经验表明,由故障或操作引起的操作过电压和雷击过电压严重威胁换流站设备绝缘安全。随着我国模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)柔性直流输电工程的推广应用,柔性直流换流站的过电压特性研究将直接影响换流站绝缘配合设计以及柔性直流输电系统稳定运行。因此,开展柔性直流换流站的过电压特性研究,具有重要的科研意义和工程实用价值。本文对±320kV直流电压等级的模块化多电平换流器的柔性直流输电换流站的过电压特性进行了研究并提出了过电压保护措施。 本文在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真环境下搭建了模块化多电平柔性直流换流站过电压仿真模型。该模型详细考虑了MMC-HVDC的控制保护系统,能够在稳态和故障态下实现对换流站运行状态的控制。并且换流站内关键设备的过电压分析模型均考虑了频变效应,能够适用于雷击过电压分析。基于MMC-HVDC过电压仿真模型,详尽地仿真分析了典型操作故障和雷击故障对换流站关键设备的故障特性,验证了故障理论分析的结果。 不同于交流系统和常规直流输电系统,国内外均无可循的标准规范指导进行MMC-HVDC换流站的绝缘配合设计工作。基于仿真分析故障下换流站关键设备的过电压特性,本文针对±320kV大连MMC-HVDC工程设计了避雷器保护方案,采用通用的荷电率计算方法配置了避雷器参数。经过仿真分析得出避雷器的保护水平,并依据推荐的绝缘裕度确定了换流站关键设备的绝缘水平。本文的工作对于±320kV模块化多电平柔性直流输电换流站的过电压保护和绝缘配合设计有借鉴意义。
【图文】：

从过电压分析和绝缘配合的角度看，系统可以分成4个部分：交流电网、交流场、阀厅及直流场和直流输电线路，如下图2-1。本文重点考虑的是交流场、阀厅及直流场和直流输电线路三个部分的故障过屯压情况，以及雷击过电压。而对于换流站交流侧、内部、直流侧的其他过电压类型（操作过屯压、暂时过电压等），，由于引起原因复杂多样，过电压主频率难以正确描述，导致数学模型难以统一表示，文中采用模拟过电压具体产生原因的方法替代解决[25]。交流屯网 交流场 阀厅及直流场 直流输屯线路I bsMl I 1 I1@— y|M2] I iI SsMnI1 :■ ■‘ -图2-1基T MMC-HVDC换流站分区示意图按照对换流站区域的划分，可以按照类似的划分方法将换流站故障按照发生位置大致分为如下几种：(1)交流侧故障主要考虑换流变网侧交流母线金属性接地故障，分别是三相接地故障A、两相接地故障B、单相接地故障C和两相相间短路故障D。换流变阀侧交流母线金属性接地故障可以细分为三相接地故障E、两相接地故障F、单相接地故障G和两相相间短路故障H。(2)换流阀故障换流阀故障主要考虑阀由于闪络或子模块故障造成桥臂短路失效故障I以及由于机械应力导致桥臂^u路失效故障J。(3)直流侧故障主要考虑直流电缆首段牟极接地故障K、换流站出口与直流正极电缆连接处发生断线的永久性故障L以及直流电缆双极短路接地故障M。(4)雷击过电压目前基于MMC的柔性直流输电工程都是采用直流电缆输送电能。直流电缆一般敷设在海底或者地下，因而不需要考虑直流侧的雷击过电压。本文中主要考虑雷击换流变阀侧输电线路故障N以及雷击换流变网侧输电7

换流站故障种类示意图
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM721.1

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

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2 聂定珍,郑劲;灵宝背靠背换流站过电压与绝缘配合研究[J];高电压技术;2005年02期

3 聂定珍,郑劲;灵宝换流站交流暂态过电压研究[J];高电压技术;2005年04期

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本文编号：2576148