没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
提出一种不依赖直流断路器的直流电网架构和相应的控制保护策略。根据电压等级和端口特征,将直流电网划分为若干子系统,通过在子系统间的连接线上串入故障隔离设备,即可不依赖直流断路器,实现直流故障的就地处理,故障子系统的隔离及重启过程不影响健全子系统正常的功率传输。相应的功率调节策略和站间通信分层设计方案,可以有效降低定电压控制换流站的过负荷风险及站间通信系统的复杂度。PSCAD/EMTDC环境下的仿真结果验证了所提出的直流电网和对应控制保护策略的有效性。
资源推荐
资源详情
资源评论
第 40 卷 第 7 期
2020 年 7 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.40 No.7
Jul. 2020
一种不依赖直流断路器的直流电网架构
刘 航,彭茂兰,王越杨,张 楠,严喜林
(超高压输电公司 检修试验中心,广东 广州 510663)
摘要:提出一种不依赖直流断路器的直流电网架构和相应的控制保护策略。根据电压等级和端口特征,将直
流电网划分为若干子系统,通过在子系统间的连接线上串入故障隔离设备,即可不依赖直流断路器,实现直
流故障的就地处理,故障子系统的隔离及重启过程不影响健全子系统正常的功率传输。相应的功率调节策
略和站间通信分层设计方案,可以有效降低定电压控制换流站的过负荷风险及站间通信系统的复杂度。
PSCAD/EMTDC 环境下的仿真结果验证了所提出的直流电网和对应控制保护策略的有效性。
关键词:直流断路器;直流电网;多端直流输电;直流故障;混联模块化多电平换流器
中图分类号:TM 721.1 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.202006020
0 引言
随着直流输电技术,特别是柔性直流输电(VSC-
HVDC)技术的快速发展
[1]
,工程界已经开始积极尝
试拓展端对端的直流能量输送形式,将多端直流和
直流电网技术引入传统电网,以应对深刻变化的能
源格局和快速增长的可再生能源并网需求
[2⁃4]
。
相较于交流电网,直流电网在应对直流故障时
面临更多挑战:一方面取决于直流电网的“低阻尼”
特性,直流电网发生故障时,故障电流发展更快,故
障范围波及更广
[5⁃6]
,需要在数毫秒内隔离故障线路
或故障换流站
[7]
;另一方面取决于半桥型模块化多
电平换流器(HB-MMC)的拓扑特性,半桥型子模块
不能通过闭锁抑制交流侧故障电流的馈入,需要引
入直流断路器或具有故障箝位能力的换流器以切断
故障电流。
目前直流断路器的应用尚在探索阶段,其设备
特性,无论是经济性方面
[7]
还是技术的成熟度方面,
离全面化的工程应用尚有一段距离,这也是目前基
于直流断路器的直流电网架构
[8]
在落地时遇到的主
要困难。而另一种并行方案,虽然可以通过具有故
障 箝位 能力 的 换 流 器 与 快 速 机 械 开 关 HSS(High
Speed Switch)的配合
[9⁃11]
,切除故障直流线路或故障
换流器,但在故障处理期间,需要网架上并联的所有
换流站配合移相、闭锁或控零压,等效于全面扩大了
故障范围,整个网架的功率传输中断,因此该设计方
案仅适用于容量相对较小的多端直流输电领域,很
难将其直接移植到直流电网层面
[11]
。
基于上述背景,本文提出了一种不依赖直流断
路器的直流电网架构。该直流电网架构由若干子网
架构成,单个子网架又可视为一个由具备故障箝位
能力的换流器构成的多端直流子系统。通过在子系
统间的连接线及相关线路上串入故障隔离设备,即
可不依赖直流断路器,实现直流故障的就地处理。
直流电网的故障处理期间,故障隔离设备相继动作,
将健全子系统与故障子系统隔离,从而保证故障子
系统的隔离及重启过程不影响其他健全子系统的功
率传输。该架构采用分区保护的设计思路,拓宽了
“故障箝位换流器+HSS”方案的应用场景,不依赖直
流断路器的开断,快速灵活、有选择性地处理直流电
网层面的线路故障及换流器故障。“区域化”的特
征,降低了直流电网故障定位的精度需求,同时简化
了直流控制保护系统和站间通信系统的设计复杂
度;更重要的是在直流电网层面,将对大量直流断路
器的需求弱化为对 HSS 和特定架空线路上故障隔离
设备的需求,在投资成本上具有一定优势。
1 直流电网架构及相关设备
1.1 不依赖直流断路器的直流电网架构
本文提出的不依赖直流断路器的直流电网架
构,可通过图 1 进行说明。根据电压等级及端口特
征将图 1 中的 9 端直流电网划分为 3 个多端直流子
系统,其中子系统 1 的电压等级为 ±250 kV,子系统
2、3 的电压等级均为 ±200 kV,子系统依靠连接线
OHL
1
— OHL
3
相互连接。特别地,OHL
1
上还配置有
DC/DC 变换器,以实现子系统 1、2 间不同直流电压
等级的变换。子系统内部,水电站、风电场等可再生
能源基地通过常规直流输电(LCC)并入直流电网,
各区域负荷中心的等值交流电网通过混联模块化多
电平换流器(MMC)并入直流电网,直流母线间通过
HSS 及直流架空线 OHL(Over Head Line)互联。直
流电网中,为了在直流故障期间将健全子系统与故
障子系统隔离,子系统间连接线 OHL
1
— OHL
3
除配置
HSS 外,还应在其上及相关线路上串入故障隔离设
备,以保证该直流电网架构具备直流故障处理的选
择性,即特定子系统的直流故障处理过程,不影响其
他健全子系统的正常功率传输。下文将对图 1 中涉
及器件和设备的具体结构补充说明。
收稿日期:2019-11-23;修回日期:2020-04-23
电 力 自 动 化 设 备
第 40 卷
1.2 子系统设备
不依赖直流断路器的直流电网中主要包括常规
设备(LCC、OHL、HSS)、混联 MMC 及 DC/DC 变换器。
各子系统中,由于流出可再生能源基地的潮流方向
单一,同时整流站没有换相失败风险,用 LCC 将此类
端口并入直流电网的优越性十分明显,不仅投资成
本及运行损耗较低,还能有效地提升系统传输容量。
OHL 作为电力通道连接各直流母线构成直流电网网
架,HSS 则通过与故障子系统配合,在去游离完成
后,迅速切除故障线路或故障换流站。
与此同时,为了摆脱对直流断路器的依赖,各换
流站需具备故障箝位功能,以防止直流故障期间,交
流电网持续向故障点馈入短路电流。在构建满足上
述功能的换流器时,为了兼顾技术性能与投资成本,
可将基本单元模块混联构成混联 MMC,如图 2 所示。
混联 MMC 的直流故障穿越机理以及混联比例的整
定原则参见文献[12⁃14],本文不再赘述。
此外为了连接处于不同直流电压等级的子系统
1、2,本文基于文献[15]设计了一种新型 DC/DC 变
换器,其拓扑结构见图 3。图中,U
d1
、L
0
分别为一次
侧额定电压、电感;U
d2
、I
d2
、L
2
分别为二次侧额定电
压、额定电流、电感;N 为桥臂中子模块数。DC/DC
变换器主要由 A 相子模块 SM
A
、B 相子模块 SM
B
、二
极管及箝位二极管组构成,其工作原理不再赘述。
该新型 DC/DC变换器,无需交流环节的介入,可直
接实现两侧直流电压等级的变换,并且能通过闭锁
实现两侧直流故障的隔离,相较于传统基于 MMC 的
DC/DC变换器,显著减少了直流能量变换所需功率
模块的数量并降低了其成本。
1.3 故障隔离设备
图1中展示了3类子系统间连接方式,分别对应连
接线 OHL
1
— OHL
3
。其中,OHL
1
用以连接电压等级
不同的 2 个子系统;OHL
2
用以连接电压等级相同且
连接线两端包含可再生能源基地的 2个子系统;OHL
3
用以连接电压等级相同且连接线两端均为区域负荷
中心的 2 个子系统。由于图 3 所示的新型 DC/DC变
换器兼具故障隔离功能,因此 OHL
1
无需额外配置故
障隔离设备;而 OHL
2
、OHL
3
则需要分别串入箝位二
图 1 不依赖直流断路器的直流电网
Fig.1 DC Grid without app lication of DC breaker
图 2 混联 MMC 基本单元模块
Fig.2 Sub-modules of hybri d MMC
剩余6页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38692122
- 粉丝: 13
- 资源: 960
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- 基于Javascript+CSS+HTML+PHP技术的母婴用品电商平台麦乐购设计源码
- Bjbjbjbjbjbjbj
- 基于HTML、CSS、JavaScript的canvas实现试衣间互动设计源码
- 基于Java语言的Android 21教学资源整合与项目化教学设计源码
- 基于HTML+JavaScript+CSS的个人博客逍遥码斋设计源码
- 基于PHP及多语言集成的clock3.0考勤打卡系统设计源码
- 基于Rust语言的minio资源管理服务设计源码
- 基于Vue与TypeScript的跨平台综合案例设计源码
- 基于微信小程序的JavaScript点歌平台设计源码
- 基于JavaScript的移动端H5跑酷商城设计源码
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功