多端柔性直流电网保护关键技术
李一斌1,何佳伟1,冯亚东2,李一晔1,李一钢2,邱一宏1
(1.
智能电网教育部重点实验室(天津大学),天津市300072;2.南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211102)摘要:多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升二无自然过零点等特点使得直流线路保护
和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点三理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨三同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力二经济性二控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势三最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统二具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击三在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求三
关键词:多端柔性直流电网;直流线路保护;直流故障隔离;重合闸策略
收稿日期:2016-06-01;修回日期:2016-08-08三
上网日期:2016-09-05三
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2015AA050101)三0一引言
在‘国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006 2020年)
“指导下,国内在 大容量远距离直流输电和特高压交流输电 的技术和工程应用领域
取得了突破性进展,为国内能源资源的优化配置发
挥了重要作用[1-2]
三然而,基于传统电网换相换流器
(LCC )
的直流输电技术存在换相失败二需要吸收大量无功功率二无法向无源网络供电等缺点[
3]
三随着全控型开关器件的出现与成熟,以电压源
型换流器(VSC )
为核心部件的柔性直流技术成为直流输配电领域重要的发展方向[4-6]
:从负荷需求和电源分布考虑,实现多电源供电及多落点受电的柔性直流电网是电网发展的必然趋势[7];从建设成本和经济性考虑,多端柔性直流输电系统显然比并行多条点对点式直流输电线路更加有利于节约线路走廊,降低投资和减小运行费用[8];从电网供电可靠性和运行灵活性考虑,多端直流电网可以提供更好的
供电可靠性和系统冗余性,以及适应性更强的供电
模式二灵活和安全的潮流控制等[6]
;从新能源自身间
歇性和分散性的特点考虑,多端柔性直流电网可以有效改善新能源对电网安全稳定运行的影响[
9]
三因此,基于柔性直流技术的直流电网被认为能
够带来未来电力系统发展的一次重要革命三直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统,可以实现新能源的平滑接入二全局功率的调节
互济二长距离大范围的电能传输[
10]
三在大规模分布式可再生能源接入二海洋群岛供电二海上风电场群集
中送出二新型城市电网构建等方面,直流电网被认为是最理想的组网方案,也是未来智能电网发展的重要方向之一三
柔性直流电网的发展尚面临若干关键技术问题亟待解决三其中,有别于传统交流电网和常规高压直流输电系统,多端柔性直流电网特殊的故障暂态特征二复杂快速的换流器故障控制以及直流断路器等一次设备的性能制约对其继电保护赋予了新的挑战和任务三
1一柔性直流系统故障暂态特征
柔性直流系统直流故障暂态特征是直流保护研究的理论基础三而基于不同类型换流器的柔性直流
系统故障特性存在明显的差异,相应地对保护的要求也有所不同三针对目前最为典型的两种换流器拓扑结构,该小节分别总结关键故障特征,并分析各自对保护的要求三
1.1一两电平VSC 型直流系统故障特征
两极短路故障是柔性直流系统中最为严重的故障类型三两电平VSC 型直流系统的两极短路故障
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Vol.40No.21Nov.10,2016
DOI :10.7500/AEPS20160601011
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