基于限流器与断路器协调的混合直流输电系统故障隔离方法
发布时间：2021-06-26 03:49
为妥善处理混合直流输电系统的故障隔离问题,提出了一种基于限流器和直流断路器协调的故障隔离方法。阐述了限流器和直流断路器的结构与建模思路,设计了两者的时序协调方案。考虑限流器动作和断路器分断各暂态阶段,建立了混合直流输电系统的故障等效电路,理论推导了系统峰值电流、耗散能量和故障清除时间的数学关系。利用PSCAD/EMTDC平台,搭建了320 kV混合直流输电仿真测试系统。仿真比较了不同限流电阻、主断路器延时及故障深度下系统的暂态性能。仿真结果验证了所提方法在抑制短路电流、加速故障隔离与降低断路器耗散能量等方面的积极效应,肯定了其应用于混合直流输电系统的有效性和适应性。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(19)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
混合直流输电系统拓扑结构
。送端采用LCC(整流站)，为2个6脉动换流器串联组成的12脉动换流器[13-14]；受端采用VSC(逆变站)，子模块为半桥型结构[15-16]。直流系统包括换流站、平波电抗器、架空线路、接地极等。图1混合直流输电系统拓扑结构Fig.1TopologystructureofthehybridHVDCsystem在混合直流输电系统中：LCC配置最小触发角、最大触发角控制、定直流电流和低压限流控制器；VSC配置定直流电压和定无功功率控制器。混合直流输电系统稳定运行于H点，控制特性曲线如图2所示。图2混合直流输电系统控制特性曲线Fig.2ControlcharacteristicscurveofthehybridHVDCsystem1.2故障暂态特性当发生图2中所示的直流线路故障时，LCC和VSC两侧的电气方程为[17]recTf-receq-recgf-receq-rec323cosππ.UXLiuiRT(1)f-inveq-invdc-invgf-inveq-invdc-invf-inveq-inv..LiuuiRiCu(2)式中：下标rec、inv表示整流侧和逆变侧；Req、Leq、Ceq为直流线路等效电阻、电感和电容；if、udc表示直流故障电流和电压；u为交流电网电压；α为LCC侧触发角；T和XT是LCC侧换流变压器的变比和等效电抗；ug为直流故障点的残余电压。LCC与VSC侧的直流故障电流通过故障电阻Rg构成耦合关系，ug与Rg的关系如式(3)所示。ggf-recf-invuR(ii)(3)综合式(1)—式(3)，以if-rec、if-inv、udc-inv为状态变量x=[x1,x2,x3]T，构建多元状态方程式(4)，从中可求解LCC与VSC侧的故障电流。
VSC侧的直流线路上，其基于高温超导材料的失超机理进行故障限流，具有响应快、自恢复、结构紧凑、限流性能强等优点[18-21]。在系统正常运行时，限流器处于超导态表征为零电阻。在发生短路故障后，过电流将导致超导体失超，限流器的电阻变化特性如式(5)所示。qSCqSCq0()()1e()ttTttRtRtt(5)式中：tq为失超起始时间；RSC为限流电阻；TSC为从超导态过渡到正常态的时间常数。基于式(5)，构建了如图3所示的电阻型限流器理论模型。图3电阻型限流器理论模型Fig.3TheoreticalmodelofresistiveFCL2.2混合式直流断路器本文选用混合式直流断路器安装在电阻型限流器的下游处。该直流断路器的理论基础在于充分利用机械开关的低通态损耗特性和全控器件的阻断能力，能够实现内部元件间的可靠换流，具有分断速度快、工程应用性强等优点[22-24]。图4所示为混合式直流断路器的示意结构。图4混合式直流断路器示意结构Fig.4SchematicstructureofhybridtypeDCB在系统正常运行时，主断路器(MainCircuitBreaker,MCB)断开，电流流过隔离开关、快速机械开关(RapidDisconnectorSwitch,RDS)和电流转移开关(LoadCommutationSwitch,LCS)。在短路故障后，相继控制LCS、RDS和MCB进行电流转移，并由避雷器吸收残余能量，断开隔离开关完成故障隔离。3限流器与直流断路器的协调方案3.1协调步骤图5为电阻型限流器与混合式直流断路器的时序协调示意图，具体解析如下：(1)t=t0，发生直流线路故障；(2)t=t1，电阻型限流器动作；(3)t=t2，LCS断开，MCB闭合，迫使故障电流由LCS转移
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用[J]. 宋冰倩,赵西贝,赵成勇,许建中. 电力系统自动化. 2020(01)
[2]混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析[J]. 王振浩,田奇,成龙,李国庆. 电力系统保护与控制. 2019(18)
[3]LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析[J]. 郝亮亮,詹清清,陈争光,周泽昕,王兴国. 电力自动化设备. 2019(09)
[4]LCC-MMC混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态建模方法[J]. 肖亮,王国腾,徐雨哲,游广增,徐政. 高电压技术. 2019(08)
[5]混合多端直流输电系统线路保护方案研究[J]. 陈争光,周泽昕,王兴国,詹清清,郝亮亮. 电网技术. 2019(07)
[6]基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略[J]. 时伯年,李岩,孙刚,赵宇明,李巍巍. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[7]LCC-MMC混合直流输电系统整流侧故障穿越控制策略[J]. 蔡宜君,文明浩,陈玉,史亚光,秦瑜. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[8]电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析[J]. 龚珺,诸嘉慧,方进,陈盼盼,丘明. 电工技术学报. 2018(09)
[9]柔性直流电网用混合式高压直流断路器特征参数提取及应用[J]. 丁骁,汤广福,韩民晓,高冲,王高勇. 中国电机工程学报. 2018(01)
[10]适用于直流电网的组合式高压直流断路器[J]. 刘高任,许烽,徐政,张哲任. 电网技术. 2016(01)
本文编号：3250572
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(19)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
混合直流输电系统拓扑结构
。送端采用LCC(整流站)，为2个6脉动换流器串联组成的12脉动换流器[13-14]；受端采用VSC(逆变站)，子模块为半桥型结构[15-16]。直流系统包括换流站、平波电抗器、架空线路、接地极等。图1混合直流输电系统拓扑结构Fig.1TopologystructureofthehybridHVDCsystem在混合直流输电系统中：LCC配置最小触发角、最大触发角控制、定直流电流和低压限流控制器；VSC配置定直流电压和定无功功率控制器。混合直流输电系统稳定运行于H点，控制特性曲线如图2所示。图2混合直流输电系统控制特性曲线Fig.2ControlcharacteristicscurveofthehybridHVDCsystem1.2故障暂态特性当发生图2中所示的直流线路故障时，LCC和VSC两侧的电气方程为[17]recTf-receq-recgf-receq-rec323cosππ.UXLiuiRT(1)f-inveq-invdc-invgf-inveq-invdc-invf-inveq-inv..LiuuiRiCu(2)式中：下标rec、inv表示整流侧和逆变侧；Req、Leq、Ceq为直流线路等效电阻、电感和电容；if、udc表示直流故障电流和电压；u为交流电网电压；α为LCC侧触发角；T和XT是LCC侧换流变压器的变比和等效电抗；ug为直流故障点的残余电压。LCC与VSC侧的直流故障电流通过故障电阻Rg构成耦合关系，ug与Rg的关系如式(3)所示。ggf-recf-invuR(ii)(3)综合式(1)—式(3)，以if-rec、if-inv、udc-inv为状态变量x=[x1,x2,x3]T，构建多元状态方程式(4)，从中可求解LCC与VSC侧的故障电流。
VSC侧的直流线路上，其基于高温超导材料的失超机理进行故障限流，具有响应快、自恢复、结构紧凑、限流性能强等优点[18-21]。在系统正常运行时，限流器处于超导态表征为零电阻。在发生短路故障后，过电流将导致超导体失超，限流器的电阻变化特性如式(5)所示。qSCqSCq0()()1e()ttTttRtRtt(5)式中：tq为失超起始时间；RSC为限流电阻；TSC为从超导态过渡到正常态的时间常数。基于式(5)，构建了如图3所示的电阻型限流器理论模型。图3电阻型限流器理论模型Fig.3TheoreticalmodelofresistiveFCL2.2混合式直流断路器本文选用混合式直流断路器安装在电阻型限流器的下游处。该直流断路器的理论基础在于充分利用机械开关的低通态损耗特性和全控器件的阻断能力，能够实现内部元件间的可靠换流，具有分断速度快、工程应用性强等优点[22-24]。图4所示为混合式直流断路器的示意结构。图4混合式直流断路器示意结构Fig.4SchematicstructureofhybridtypeDCB在系统正常运行时，主断路器(MainCircuitBreaker,MCB)断开，电流流过隔离开关、快速机械开关(RapidDisconnectorSwitch,RDS)和电流转移开关(LoadCommutationSwitch,LCS)。在短路故障后，相继控制LCS、RDS和MCB进行电流转移，并由避雷器吸收残余能量，断开隔离开关完成故障隔离。3限流器与直流断路器的协调方案3.1协调步骤图5为电阻型限流器与混合式直流断路器的时序协调示意图，具体解析如下：(1)t=t0，发生直流线路故障；(2)t=t1，电阻型限流器动作；(3)t=t2，LCS断开，MCB闭合，迫使故障电流由LCS转移
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用[J]. 宋冰倩,赵西贝,赵成勇,许建中. 电力系统自动化. 2020(01)
[2]混合式高压直流断路器暂态分断特性及其参数影响分析[J]. 王振浩,田奇,成龙,李国庆. 电力系统保护与控制. 2019(18)
[3]LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析[J]. 郝亮亮,詹清清,陈争光,周泽昕,王兴国. 电力自动化设备. 2019(09)
[4]LCC-MMC混合多端直流输电系统的潮流计算和机电暂态建模方法[J]. 肖亮,王国腾,徐雨哲,游广增,徐政. 高电压技术. 2019(08)
[5]混合多端直流输电系统线路保护方案研究[J]. 陈争光,周泽昕,王兴国,詹清清,郝亮亮. 电网技术. 2019(07)
[6]基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略[J]. 时伯年,李岩,孙刚,赵宇明,李巍巍. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[7]LCC-MMC混合直流输电系统整流侧故障穿越控制策略[J]. 蔡宜君,文明浩,陈玉,史亚光,秦瑜. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[8]电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析[J]. 龚珺,诸嘉慧,方进,陈盼盼,丘明. 电工技术学报. 2018(09)
[9]柔性直流电网用混合式高压直流断路器特征参数提取及应用[J]. 丁骁,汤广福,韩民晓,高冲,王高勇. 中国电机工程学报. 2018(01)
[10]适用于直流电网的组合式高压直流断路器[J]. 刘高任,许烽,徐政,张哲任. 电网技术. 2016(01)
本文编号：3250572
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