简介:ABSTRACT: Hybrid High-voltage Direct Current Transmission Technology is developed on the basis of traditional direct current transmission technology and has broad application prospects. This paper takes the Baihetan-Sunan hybrid-type HVDC transmission project that the State Grid Corporation is planning as an example, and analyzes the fault characteristics of the DC system in the event of DC short-circuit fault, Finally, the simulation model was built in PSCAD/EMTDC, and the result confirms the validity of the theoretical analysis KEY WORDS: Hybrid High-voltage Direct Current Transmission Technology; End-mixed DC project; Fault analysis. 摘要:混合直流输电技术是在传统直流输电技术的基础上发展而来的,具有广泛的应用前景。本文以国家电网公司正在规划的白鹤滩-苏南的受端混联型直流输电工程为例,分析了该直流系统在发生直流短路故障时的故障特性,并最终在PSCAD/EMTDC上搭建了仿真模型,验证了理论分析的正确性。 关键词:混合直流输电技术;受端混联型直流工程;故障分析。 DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2014.01.论文序号 0 引言 混合直流输电系统在结构上结合了LCC-HVDC与VSC-HVDC两种常用的直流输电结构,在性能上则包含了这两种直流输电方式各自的优势。混合直流输电系统的结构大多采用整流侧LCC–HVDC,逆变侧VSC-HVDC的接线方式。这种连接方式的优势有:既发挥了LCC-HVDC系统输送容量大,系统造价低的优势,又解决了LCC-HVDC系统不能向弱源/无源网络供电的问题;逆变侧采用VSC的结构所以不会出现换相失败的现象;且VSC-HVDC控制灵活,可以独立控制有功功率和无功功率;直流电压稳定,可以改善直流系统的运行性能等[1-2]。 受端混联型直流输电是对混合直流输电技术的进一步探究与发展的结果。与常用的混合直流输电系统不同,在结构上,受端混联型直流输电系统在整流侧采用LCC-HVDC,而在受端逆变侧则采用LCC与VSC相串联的结构。这样即使逆变侧高压阀组LCC发生换相失败,低压阀组的VSC仍可以维持运行状态,直流系统仍可以输送一定的功率至交流电网。除此之外,LCC所采用的晶闸管具有单向导通性,在直流线路发生短路故障时可以阻拦VSC产生的故障电流,减小了故障对直流系统的影响。在实际的工程应用上,考虑到LCC-HVDC与VSC-HVDC所能传输容量的较大差距以及现实中各配电单位的分布。为实现整流侧与逆变侧传输容量的配平、电能输送更加灵活,可以在受端采用多端口并联的连接方式。这种结构可以根据实际情况需要并联接入更多的VSC结构,便于线路的改造。 国家电网公司正在规划的白鹤滩-苏南工程建成之后将会是我国首例受端混联直流输电工程。因此本文以该系统为主要研究对象,针对该系统的拓扑结构、阐释系统运行原理并提出可行的协调控制策略。并根据在实际工程中可能发生的故障位置,分析该系统的故障响应,在PSCAD/EMTDC中建立对应的受端混联直流系统模型,并验证理论分析。 1 受端混联直流系统拓扑结构及协调控制策略 1.1拓扑结构 白鹤滩-苏南受端混联型直流输电系统采用的是完全对称的双极结构,线路电压等级为±800kV,额定传输功率为8000MW。每一极的整流侧LCC由两个12脉波换流器串联构成;逆变侧由一个12脉波换流器与3个并联的两电平VSC串联组成。结构图如图1所示。 图1受端混联型直流系统拓扑 Fig. 1 End-mixed DC system topology 图中 , 是为下文研究直流系统故障特性而选取的故障点所在的直流线路。建立该直流输电系统的等效模型,为方便计算,取直流系统中的一极、并联的3端VSC取其中一端。等效模型如图2所示。 为各换流阀交流侧线电压有效值; 为换相电感。 为整流侧直流电压; 为逆变侧高压阀组直流电压; 为逆变侧低压阀组直流电压; 为线路直流电流; 为线路等效电感。 为线路等效电阻。 图2受端混联型直流系统等效模型 Fig. 2 Equivalent model of End-mixed DC system 对于整流侧,当换流器触发角为 时。 (1.1) 对于逆变侧高压阀组LCC,设换流器熄弧角为 ,则; (1.2) 而对于逆变侧低压阀组VSC,其采用了PWM调制技术,输出的直流侧电压为: (1.3) 其中, 为直流电压利用率, 为PWM调制比 。所以直流电流的表达式为: (1-4) 1.2控制策略 受端混联直流输电系统整流侧LCC的控制策略与传统的LCC-HVDC控制策略一致,采用定直流电流控制方式,并辅以最小触发角控制。 图3整流侧LCC定直流电流控制 Fig. 3 Rectifier side LCC fixed DC current control 为了使直流系统能够稳定正常运行,逆变侧需要能控制系统的直流电压,高压阀组和电压阀组各分担400kV的直流电压。逆变侧高压阀组LCC采用定熄弧角控制、低压阀组VSC采用定直流电压控制和定交流电压控制。 图4逆变侧LCC定熄弧角控制 Fig. 4 Inverter side LCC fixed arc angle control 图5逆变侧VSC控制逻辑图 Fig. 5 Inverter side VSC control logic diagram 2 故障特性分析 双极直流系统常见的短路故障有单极接地故障和双极短路故障[3],由于此受端混联型直流输电结构为双极结构,正负极完全对称,所以该直流系统的单极接地故障响应与双极短路故障响应完全一致,所以本文以单极接地故障来分析受端混联型系统的直流故障响应。通常情况下研究直流系统故障,主要是研究整流侧与逆变侧之间直流线路发生故障的情形,即图1中 所示线路位置。然而受端混联型系统由于其结构具有特殊性,逆变侧是由两种不同类型的换流器串联组成的,因此故障发生在逆变侧LCC与VSC之间线路的这种情况也有研究的价值。故障点为图1中 所示位置。 系统发生直流故障,故障点的故障电流来源主要有两方面,一方面是电源经换流器向故障点馈入电流;另一方面是系统中的储能元件经线路向故障点放电。 2.1整流侧与逆变侧间线路单极接地 当单极接地故障发生在线路 上时,系统电流流向如图6所示。 图6整流侧与逆变侧间线路单极接地故障电流流向 Fig. 6 Single pole-to-ground fault current flow between rectifier side and inverter side 逆变侧没有故障电流流入,这是因为当单极接地短路故障发生后,VSC换流器上电容储存的电压不能突变,它将会对逆变侧的LCC施加一个值为400kV的反向电压使其关断,导致逆变侧的电流无法流入故障点,该现象发生在图6中绿线所框位置。 电源经整流侧LCC向故障点馈入电流,故障时的电流暂态响应可用式(2.1)表示。 (2.1) 其中, , 为整流端到故障点线路的等效电感和电阻, 和 为比例参数和积分参数。短路故障发生后,线路直流电流会快速增大,由图3整流器的控制逻辑图可知,系统会增大触发角以期减小线路直流电流,同时,线路直流电压因短路故障迅速下降至接近为零,电流指令 会被低压限流环节所限制[4],线路故障直流电流会最终在整流器触发角的控制下稳定在0.55pu。 2.2逆变侧VSC单极故障接地 当短路故障点位于直流线路 时,直流系统内部的电流流向如图7所示。 图7逆变侧VSC直流线路单极接地故障电流流向 Fig. 7 Single pole-to-ground fault current flow on Inverter side VSC 由于逆变侧高压阀组LCC采用的是定熄弧角控制方式,由式(1.2)可知,输出的直流电压主要受熄弧角指令和网侧电源电压影响, 处发生短路故障对这两个参数的影响甚微,因此逆变侧LCC可以维持住400kv的直流电压的输出。它与整流侧LCC、短路点和大地构成了新的闭合回路,经换流器控制环节的调整最终维持在新的稳态继续运行。 故障点右侧馈入的电流则是由逆变侧VSC提供的,故障点位于 线路上时,结合混联系统的拓扑以及LCC与VSC控制策略的独立性。可知系统内其他的LCC结构并不会对VSC的放电过程产生影响。因此在检测到线路故障后,VSC会闭锁IGBT,并会经电容放电、二极管续流以及电网电源经反并联二极管馈入三个阶段向故障处传递直流电流[5-7]。 1)电容放电阶段: 图8 电容放电阶段等效电路 Fig. 8 Capacitor discharge stage equivalent circuit 图中所示 、 为换流器到短路点等效电阻和等效电感。 为电容电压。根据等效电路图可列齐次微分方程: (2.2)
简介:国网吉林省电力有限公司吉林供电公司 132001 摘要:当前,电力资源输送的稳定性与安全性与电力系统的运行质量有着直接联系。与此同时,随着我国经济总量的不断提升,为保证全社会可以高效的利用电力资源,对电力系统的要求也更加苛刻。因此,为提升电力系统的运行质量,本文将对电力系统短路故障与继电保护方面进行详尽的探究,以供参考。 关键词:电力系统 ; 短路故障;处理措施; 继电保护; 一 . 引发继电保护电力系统短路故障的主要因素 (一)绝缘体 从店里系统的方面来分析,短路故障发生主要表现在横向系统和纵向系统等方面,只要是因为由于导体的不同,并且保护力度相对较差,进而导致短路故障的发生。导体出现短路故障的因素主要是因为电力系统内部绝缘体, 出现受损的想象,进而影响横向系统和纵向系统运行的稳定性。其实,绝缘体是属于一种的不容易导电的物质,那么在电流穿过的时候,绝缘体主要是根据自身的性能,利用较强的电阻将电流和其它物质进行绝缘。但是,若是绝缘体收到损坏,绝缘体的自身性能就会消失,这样电流就会任意的穿过,在这个过程中,一旦电流相对较大,就会导致继电保护电力系统短路故障的发生。另外,电力人员在电力作业的过程中,若是出现存在误差,或者违反规定的作业行为,都会引发继电保护电力系统短路故障的发生,影响了系统供电的稳定性和安全性。 (二)三相系统 从三相系统的角度分析,三相系统短路故障主要是指电力系统中的横向故障,具体来说,三相系统短路故障只要体现在三相短路 . 两项短路 . 单相接地短路以及两项接地短路等方面,并且三相系统短路故障只要是因为三相阻产生异常 . 发生短路的时候电流和电压是处于相等的状态,一般都是以单相短路为主,三相短路产生的概率不是很高。但是,一旦发生三相短路的话,其影响范围非常大的,继电保护电力系统安全性和稳定性随之下降。 (三)电力用户方面 在我国,各地区的人口密度 . 经济条件都存在很大差异,这也就导致了不同地区对电力的需求程度也各不相同。在人口稠密的城市地区,人口多,用电量大,所以电力系统分布密集,线路交叉重叠。随着电力系统中的设备 . 线路使用年限的增加,很容易出现设备老化 . 绝缘外套脱落等问题,如果不能及时的更换,就很有很能导致线路短路故障。对于人口相对稀疏的山区或农村地区,用电量不大,虽然电力系统的覆盖范围大,但是基层的电力系统检测和维修人员数量不足,很难定期开展电力系统的安全检查工作,也就不能及时发现潜在的故障隐患,从而增加了电力系统出现短路故障的风险。 二 . 电力系统短路故障处理措施 (一)迅速切断故障点电源 完整的电力系统,其内部各个组成部分之间都是相互联系 . 相互影响的,因此当其中的某一环节或某一设备出现短路故障后,如果不能及时的进行断电修复,必然会对区域性的电路造成更严重的损坏。因此,当电力系统的维护人员发现故障问题后,应当立即查找并锁定故障点,并分析其故障的类型。在确定该故障为短路故障后,切断该故障点的电力来源。一来可以保障故障维修工作的正常开展,二来也可以预防短路故障对其它电力系统产生影响。除此之外,维修人员也可以利用万能表记录短路状态下的短路电流,以便于后期进行整流调节,避免今后电力系统因局部电流过大导致线路击穿 . 短路的问题发生。 (二)在变电站安装避雷针 在变电站安装设备的过程中,要及时安装避雷针,来防止雷击导致电力系统遭到破坏,由此造成的短路现象。所以对电力系统短路的现象来说,工作人员要正确进行相关规范的操作,并且进行定期的维护和检修,防止电力系统短路给社会生产和生活带来危害。 (三)定期进行电气设备的检修 对于电气设备的检修要定期进行:首先,应提高电力系统安装人员的专业素质,防控误操作问题的发生。尤其是在电网密集的区域,本身的电力系统维护任务重,许多系统管理人员往往很难面面俱到的进行线路和设备管理,从而给电力系统留下了风险隐患。因此,必须要提升电力系统安装和检修人员的整体素质,从根本上防范电力系统的故障问题。其次,提前制定应急预案。即使做好了充分的准备,电力系统也会由于不确定因素(雷击 . 地质灾害等)而受到破坏影响,为了将短路故障损失降到最低,还必须制定完善的应急预案,在发生短裤故障后立即启动应急政策。 三 . 继电保护分析 (一)熔断器保护 其实,最早短路保护一般是以电源端的电流增大造成线路发热而设计的,熔断器就是其中的一个,是起到发热和自熔的功能。在系统运行的过程中,若是电流足够大的话,熔断器的温度会先于系统其它部分而升高到将自身熔断的临界点,从而切断电源。同时,熔断器属于一种一次性保护组件,是不可重复使用的,主要是因为熔断器在切断故障一相电流后,这样还会保证供电的稳定性,但是还会隐藏故障隐患。另外,随着电流系统的不断发展,三联装熔断器逐渐用到其中,在运行的过程中若是其中一个发生熔断,另外两相卡死机构中会有一个被弹簧锁死的机构收回,导致另外两相的熔断器一起跌落。但是,熔断过程是需要一个周期的,在这个周期可以通过相应技术进行调整,避免影响继电保护电力系统的正常运行。 (二 ) 引进先进技术 随着社会主义经济的发展,虽然电力系统以及继电保护等技术在我国得到了快速发展。但是,由于电力等技术在我国还处于成长阶段,还会存在各种各样的问题。所以,我国还需积极地向国外学习,取其精华。让我国的继电保护等技术能够真正地在学习中取得发展。只有学习与引进先进的技术,我国的电力技术才能取得进一步飞跃式地进步。 四 . 电力系统继电保护装置的作用 随着我国电网规模的持续扩大,电力系统的继电保护装置不断升级,目前的电力系统需要有可靠 . 速动 . 灵敏和选择性。可靠性意味着属于保护范围的短路故障,保护应动作,对于保护范围外的故障则应不动作 ; 速动性意味着继电保护在出现故障时迅速做出反应,避免由于反应迟缓儿 = 而增加风险,同时有效地处理故障,灵敏度是指继电保护对其保护范围内故障或不正常运行状态的反应能力,灵敏度好则指保护在系统任何运行方式下对于自己保护范围内,任何地方发生的该反应的所有类型故障均应可靠反应,选择性指电力系统故障时,保护装置仅切除其故障元件,尽可能的缩小停电范围,保证电力系统中的非故障部分继续运行,出现故障的电力设备,继电保护装置能够及时正确判断出只要故障,最近的原件断路器自动发出指令,并快速的切断线路与电力系统脱离开来,尽量减少电力供应系统故障所产生的破坏力度,其它好的设备接通后,及时恢复正常工作。 结束语 本文从电力系统短路故障的原因 . 提出了防止措施及电力系统继电保护策略三个方面展开论述。由此可见,我国电力系统的发展进步,给人们的生活和社会的生产都来带来了极大的便利,但是在电力系统的发展过程中,相关部门要及时出台政策,最大限度的减少故障的出现,从而更好地保护人民的生命财产及社会的进步发展。 参考文献: {1}. 王建超 . 电力系统继电保护故障分析与处理措施探讨 {J}. 工程技术:引文版: 00183-00183 {2}. 杨跃 . 继电保护电力系统的短路保护 {J}. 电子技术与软件工程 .2018 ( 8 ) {3}. 巩凡 . 电力系统中短路故障与继电保护的措施探讨 {J} 电工文摘 .2016 ( 4 ) {4 } 谷水清 . 电力系统继电保护 {M}. 北京:电力工程出版社 .
简介:摘要:作为铁路建设的迅速发展,得益于各个方面的精益求精。比如 :在铁路的供电系统里面,铁路 10kV供电系统接地短路是一个经常出现的问题。如何对其进行精确的故障分析并采取相应的措施来解决这一问题是不断要思考和解决的问题。本文意在从铁路 10kV供电系统接地短路经常出现的故障分析,研究和讨论针对其要采取的相应对策。
简介:摘要:目前,人们对电力的需要越来越大, 在人们日常生活中电能起着重要的作用,所以要确保电力系统能够稳定正常运行。在现阶段的电力系统中,要注重对继电器的保护工作,一定要确保电力系统能够稳定安全运行。可是现阶段的电力系统工作具有一定的特殊性,在运行过程中还会受到诸多因素的影响,这些因素对继电器或者电力系统造成严重损害,为此,电力企业要注重对继电器的维护和保护工作,促进电力企业能够长久发展。短路保护技术是电力企业的继电保护电力系统的关键,可靠的保护系统能够保证电力系统的有序运行,同时兼具安全性。另外,有效的短路保护技术能够有效降低短路故障发生的概率,节约大量的电力资源,促进电力企业的经济利润的不断扩张。所以,国内现存有大量的企业在对继电保护电力系统的短路保护关键技术进行深入研究,以期通过该技术提高企业的业务能力,为广大的用电户提供更好的电力服务。