登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
摘要:直流配电网是未来城市配电网的重要组成部分,文章对目前国内外学者关于直流配电网方面的研究工作进行了综述。首先分析了基于两电平VSC换流器和基于模块化多电平换流器的直流系统的故障特征,将故障过程划分为多个阶段,通过理论分析得到了各阶段的故障电流解析表达式。其次介绍了各种适用于直流配电网的故障检测和定位原理,主要包括电压/电流保护、边界保护、纵联保护、分区保护、“握手法”等。然后,通过对比采用交流断路器、利用换流器自清除能力和采用直流断路器的3种故障隔离方案,对直流配电网的故障隔离策略进行了分析。最后从接地方式、保护与控制一体化、故障电流限制等方面,对配电网故障分析与处理的研究提出了建议。
0引言
柔性直流输电技术凭借其在传输容量、线损、可靠性以及有功和无功的独立灵活控制等方面的巨大优势,已经广泛应用于远距离大容量输电领域。而在电压等级较低的中低压配电网领域,直流配电技术虽然也具有可靠性高、线损小、便于光伏等分布式新能源接入等优点,但应用才刚刚起步,目前还仅应用于一些大规模工业园区、船舶供电、轨道交通等领域。随着电力电子技术、储能技术、分布式电源的发展,未来直流配电技术有望广泛应用于城市供电系统,直流配电网是未来城市配电网的重要发展趋势。
虽然柔性直流配电技术相较于传统的交流配电技术拥有众多优势,但其目前还处在发展阶段,依然面临着许多问题。柔性直流配电技术目前的发展瓶颈主要包括以下3点:①直流潮流控制技术;②直流变压技术;③直流故障检测、识别和隔离技术。其中直流故障快速检测、可靠隔离对保证柔性直流配电网的安全可靠运行具有重要意义,也是本文关注的重点。目前国内外学者关于直流系统故障检测识别和隔离技术的研究主要可以分为以下3个方面:
1)直流配电网故障特性分析。
直流配电网故障暂态特性分析是故障检测、定位和隔离的基础,也是直流配电网故障检测、识别、隔离技术的研究难点。直流配电网故障暂态特性受到较多因素的影响,主要包括换流器类型、系统结构以及系统控制策略。故障暂态过程往往是多种因素共同作用下的一个复杂的暂态非线性过程,传统的基于工频电气量的故障特性分析方法显然不再适用于直流配电网。
目前,关于直流配电网故障特性分析方面的研究多采用理论研究与仿真实验相结合的方法,将故障暂态过程分为不同的发展阶段,通过简化等效故障放电回路,求解不同阶段所对应故障电流的解析表达式来对故障暂态过程进行描述。
2)直流配电网故障检测与定位。
直流配电网故障检测与定位是直流配电网继电保护的核心。直流配电系统不同于交流配电系统,其具有“低阻尼”特性,直流故障发生后,故障电流非常大,故障发展过程极快,通常在几个毫秒内就能危及整个直流配电网的安全,因此,要求直流配电网的故障检测与定位策略能够在几毫秒内快速定位故障线路。传统的交流配电网的故障保护方法显然不适用于直流配电网的保护。
如何处理好快速性与可靠性之间的矛盾是直流配电网故障检测与定位需要解决的问题。目前,该领域的研究主要集中于动作速度快的保护新原理的开发。
3)直流配电网故障隔离方法。
直流配电网故障隔离技术是直流配电网继电保护的重要组成部分。未来直流配电网的发展趋势是“直流成网”,因此如何快速、准确地将故障隔离在尽可能小的范围内是故障隔离技术需要解决的问题。
目前,直流配电网故障隔离方法主要包括3种:①交流侧断路器加直流侧隔离开关;②换流器自清除加直流侧隔离开关;③直流断路器。其中交流侧断路器加直流侧隔离开关切除速度较慢,难以满足直流配电网对故障切除速度的要求;换流器自清除加直流侧隔离开关会导致全网断电,且具有自清除能力的换流器拓扑较为复杂,换流站的投资增加;直流断路器能够快速切除故障线路,其故障隔离过程与交流系统相似,但目前直流断路器技术仍处在发展阶段,直流断路器造价昂贵也是不可回避的问题。
本文将从直流配电网故障特性分析、故障检测与定位原理、故障隔离方法3个方面对国内外学者的研究进行归纳总结和综述,并提出自己的一些观点与展望,以期能够对未来直流配电网研究与建设有所裨益。
1直流配电网故障特性分析
直流配电网故障暂态特性分析是故障检测、定位、隔离的基础。采用不同类型的换流器的直流配电网的拓扑结构不同,因此故障特征也存在较大差异,相应的故障暂态特性分析方法不同。本小节将针对目前最为典型的2种换流器拓扑,分别对其故障暂态特性分析的研究现状进行详细的介绍。
1.1 两电平VSC换流器型直流系统故障特性
文献[6]结合理论分析和仿真验证对两电平VSC换流器直流系统单极接地故障的故障暂态特性进行了细致的研究,通过对不同接地方式下直流系统单极接地故障的等效放电回路的分析和仿真,得出了两电平VSC换流器直流系统单极接地故障特性与接地方式相关的结论。文献[7-8]通过对两电平VSC换流器直流系统交流侧不对称故障过程中的等效放电回路的分析,发现换流器交流出口处不对称故障产生的零序分量会通过直流侧储能电容的接地支路形成通路,从而耦合进直流系统,导致正负极储能电容电压出现共模波动现象。针对该现象,文献[9]提出了直流侧电容中点经电阻接地的方法减小故障零序电流,从而减小正负极储能电容电压的共模波动,保持储能电容两端电压的稳定。
极间短路故障是直流配电网最为严重的故障类型,关于两电平VSC换流器型直流系统极间短路故障特性的研究也相对丰富。文献[10-12]将极间短路故障暂态过程中的故障电流分成3个部分,分别是:①换流器直流侧储能电容放电电流;②直流线路电感通过续流二极管提供的故障放电电流;③交流系统通过续流二极管提供的短路电流。故障暂态过程分为如下3个阶段:①直流侧储能电容快速放电阶段;②二极管自然换向导通阶段;③二极管同时导通阶段。其中文献[10-11]指出故障暂态过程①中的故障电流以直流储能电容放电电流为主,并通过对直流储能电容放电二阶电路的求解,推导出了该阶段的故障电流的解析表达式;故障暂态过程②中交流电源和直流储能电容同时向故障点放电,该过程中二极管存在交替导通、关断的换向过程,这种换向过程每发生一次,动态过程就要重新求解一次,通过求解多元状态方程可以得到该过程中交直流侧电压电流的暂态解;故障暂态过程③发生在直流储能电容电压的振荡过零时刻,该过程中电路完全对称,相当于交流侧发生了三相短路,通过求解交流侧三相短路过程中的短路电流得到了此过程的故障电流暂态响应的解析表达式。除此之外,文献[12]还考虑了IGBT闭锁与否对故障稳定后故障电流特性的影响。
1.2 模块化多电平换流器(MMC)型直流系统故障特性
模块化多电平换流器相较于两电平VSC换流器拥有波形质量高、控制灵活、运行损耗小等优势,越来越多的被用于柔性直流输配电领域。其拓扑结构与两电平VSC换流器存在较大差异,尤其是直流侧不含直接并联的储能电容,使得基于模块化多电平换流器的直流系统与基于两电平VSC换流器的直流系统的故障特征存在较大差异。
文献[13]基于仿真对模块化多电平换流器构成的直流配电系统单极接地故障特性进行了研究,主要关注交直流侧不同的接地方式对于直流系统单极接地故障特征的影响,分析比较了不同接地方式的优劣。文献[14]在理论分析的基础上,给出了模块化多电平换流器构成的直流配电系统单极接地故障及极间短路故障的等效放电电路,并以等效放电电路为依据,理论推导了单极接地故障及极间短路故障时的故障电流的解析表达式,需要指出的是该解析表达式的推导过程并没有考虑故障过程中IGBT的闭锁对故障特性的影响,仅适用于IGBT闭锁前的系统故障特性的分析。文献[15-18]详细地分析了模块化多电平换流器构成的直流配电系统极间短路故障的故障特性。其中文献[15]详细阐述了极间短路故障过程中故障等效电路及故障电流解析表达式的推导过程,并通过仿真实验验证了解析表达式的正确性。文献[16-17]将极间短路故障过程分为IGBT闭锁前和闭锁后2个阶段,分别对这2个阶段中的故障暂态特性进行分析,通过理论推导得到了2个阶段故障电流的解析表达式。文献[18]指出换流器桥臂电抗会对极间短路故障后短路电流的流通回路产生影响,文中定义了导通重叠角,根据角的大小,分析了4种稳态短路电流通路,然后分别对这4种短路电流通路下的交直流侧故障电流特性进行了分析,推导出了交流侧和直流侧稳态短路电流的实用计算方法。
无论是两电平VSC换流器还是模块化多电平换流器都不具备故障阻断能力,为了适应未来多端柔性直流配电网的发展趋势,同时避免使用造价昂贵的直流断路器,具有故障自清除能力的换流器的拓扑及故障特征成为近年来的一大研究热点。文献[19]分析了具有故障自清除能力的换流器的故障特征,发现在IGBT闭锁前,其故障特性与模块化多电平换流器的故障特性完全相同,在IGBT闭锁后,交直流系统被完全隔离,直流侧故障电流逐渐衰减为零。
以上研究表明,目前国内外学者对于直流配电网故障特性的研究已初具规模,已经能够用相对准确的解析表达式对故障暂态过程进行描述,但诸如控制系统、接地方式等因素对于故障暂态特性的影响仍没有得到足够的重视。未来一方面需要统一直流配电网的接地方式,另一方面需要考虑各种控制系统对于直流配电网故障特性的影响。另外,更加深入研究直流配电网故障暂态过程,寻找更为精确的解析表达式对故障暂态过程进行更加准确的描述也是未来直流配电网故障分析的发展方向。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
1月3日,村级低压直流自治微网项目在山东德州齐河刘集东村建成投运。这是国家电网公司试点项目,也是山东德州供电公司开展数字化配电网示范区建设的重要成果之一。齐河低压直流自治微网示范区将低压交流配电网整体变换为750伏直流配电网,构建了分布式光伏、储能、V2G充电桩、直流负荷等4类典型用电场
近日,安徽首个直流配电网规划领域地方标准——《中低压直流配电网规划设计技术规范》获批发布。该标准由安徽电力经研院牵头编制。为解决直流配电技术规模化推广应用缺少标准化、实用化规范依据的问题,安徽电力经研院于2021年7月立项并牵头开展直流配电网规划领域地方标准编制工作。《中低压直流配电
智能配电网将满足高比例分布式可再生能源接入需求,通过信息化与电力电子化的配电系统,满足用户多样化的电力供应需求,并为服务于综合能源提供灵活的供电途径,是具备快速恢复和自愈能力的智能化配电网络,智能配电网需加强智能配电能源网格和直流柔性配电网的研究。——中国能建江苏省电力设计院综合
3月27日,国网天津电力经研院相关人员赴河北工业大学参加项目研讨会,就《基于柔性互联的低压直流配电网直流断路器研究》项目阶段研究存在的难点和问题进行了深入的交流。会议上,河北工业大学就直流断路器研发工作做了简要汇报,介绍了目前主流的三种直流断路器模型和优缺点,并对本项目采取的机械式
主要成果:深耕交直流混合配电网、电力电子化系统控制保护等专业,攻克基于交直流混合配用电的可再生能源高效消纳的运行、控制难题,推动交直流配电网相关技术的应用与发展,为建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系作出贡献。3月20日,江苏电力科学研究院总工程师袁宇波组织交直流组网及运行控制科技
12月7日,安徽省人民政府发布安徽省碳达峰实施方案的通知,通知指出,加快建设新型电力系统。发展以消纳新能源为主的微电网、局域网、直流配电网,实现与大电网兼容互补,构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统,完成国家下达的可再生能源电力消纳责任权重。优化源网荷储配置方案,通过虚拟电厂等一体
近日,国网安徽广德供电公司正式出台安徽省首个乡镇级新型电力系统专项规划——《广德“皖美新杭”新型电力系统专项规划》。广德供电邀请中国科学院电工研究所博士团队,共同组建“皖美新杭”新型电力系统专项规划攻关团队,立足地方能源现状,按照“1234”工作部署稳步推动新型电力系统建设。广德供电
根据《安徽省市场监督管理局关于下达区域性地震安全性评价技术规范等298项地方标准计划的通知》(皖市监函〔2021〕357号)计划安排,国网安徽省电力有限公司经济技术研究院组织编制的《中低压直流配电网规划设计技术规范》已形成征求意见稿。为进一步完善标准的相关内容,根据《地方标准管理办法》(20
盛夏已至,烈日炎炎。用电负荷不断“热”出新纪录,电网面临严峻考验。如今,分布式光伏、数据中心、电动汽车等直流源荷日益增长,配网直流化特征愈发显著。构建高效灵活、安全可靠的直流配用电系统是实现直流型源荷高效匹配的重要途径。在江苏苏州,国家电网打造了全球规模最大、电压等级最全、技术装
5月25日上午,杭州钱塘多能互补零碳柔直示范工程正式启动投运。与传统能源相比,分布式电源存在间歇性、随机性和波动性,对电网的安全可靠运行产生了一定的冲击。风光储一体化建设不仅能促进风光资源就地利用,还能发挥电网调峰、调频和调相等作用,有效抑制随机性冲击,提升配电网的稳定性、可靠性及
5月19日,浙江省人民政府办公厅关于印发浙江省能源发展“十四五”规划的通知,通知指出,加快电网设施建设升级。构建网架坚强、分区清晰的主干电网,建设智慧高效、泛在互联的配电网,推动建设以新能源为主的微电网、局域网、直流配电网。结合外电入浙±800千伏特高压直流输电工程进度,推进特高压交流
国网内蒙古东部电力有限公司2024年第二次物资类招标采购项目推荐的中标候选人公示(招标编号:HYCG-072403)
从业25载,廖志龙从一名检修工到专业主管,始终以一丝不苟的态度、精湛的技术和对职业的深深热爱,坚守在继电保护第一线,诠释着新时代下的工匠精神。他凭借着卓越的技术和不懈的努力,被评为国能龙岩发电公司2023年度“优秀员工”。严谨细致做捍卫安全的守护者多年来,廖志龙一直扎根于生产一线,从事
广西电网公司2024年省级物资集中采购第一批单一来源采购单一来源采购公示(采购编号:CG0400062001709966)我公司拟对广西电网公司2024年省级物资集中采购第一批单一来源采购进行单一来源采购,现对该项目进行公示。一、项目说明1.项目概况:本次采购根据需求单位提交的经公司专业部门审批的单一来源申
3月12日,华能北方公司达拉特经济开发区增量配电网绿色供电项目继电保护及涉网自动化设备招标,将采购达拉特经济开发区增量配电网绿色供电项目1个光伏220kV升压站、1个润能220kV变电站和润能二号、三号、五号110kV变电站所需的继电保护及涉网自动化设备等,包括故障录波柜13面、网络记录分析柜6面、低
近年来,广州供电局持续打造国内城市电网继电保护智能运维模式标杆,凝聚力量、攻坚克难并取得突破,以一流的二次智能运维水平保障广州超大城市电网安全控制能力建设。全站继保定值一键式远方修改全国领先广州供电局在220kV界观站工程中完成全国首次“一键式远方修改全站定值”应用,破除了电网继电保
一张图纸,一块万用表,一把螺丝刀,这是大家对于继电保护专业的普遍印象,但继电保护班的薛锐却用实际行动向大家诠释了继电保护的多面性,参加工作14年以来,不管在哪个岗位,不管面对怎样的问题情况,他都能尽自己最大努力做到最好。他是认真细致的“绣花匠”继保班的工作是与二次回路打交道,用“绣
1月6日,国能龙岩发电公司在二期线路故障录波装置检修后恢复安全措施时,强化继电保护安全措施票执行力度,有效保障了检修工作的安全性和稳定性。该公司二期线路故障录波装置内所有间隔均在运行,为确保改造工作的顺利进行,作业人员严格执行继电保护安全措施票,做好安全防护措施,按照检修工序和质量
中国电机工程学会标准(2023年12月发布)一览表
国网甘肃省电力公司2023年第七次物资公开招标采购推荐的中标候选人公示(招标编号:272307)
国网辽宁省电力有限公司2023年第四次物资招标采购项目推荐的中标候选人公示(招标编号:222305)
11月23日,在河北雄安新区110千伏荷露变电站检修现场,雄安新区供电公司调度控制中心员工杨晶鑫使用二次智慧运维程序移动终端控制继电保护测试仪,对110千伏昝露线1121线路保护装置进行检验。58分钟后检验完成,1121线路保护装置状态良好。以往,变电站继电保护二次检验主要通过人工手动完成。针对检验
国网湖南省电力有限公司2024年第一次配网物资协议库存招标采购项目推荐的中标候选人公示(招标编号:1624AA)
4月25日,国网黑龙江省电力有限公司2024年第一批物资单一来源采购项目推荐的成交候选人公示(招标编号:242421)。
4月23日,广西电网公司2024年省级物资集中采购第一批公开竞争性谈判采购公告。招标内容包括电池储能系统、10kV真空断路器、开关柜配件、变电站智能网关、35kV固定式高压开关柜等物资。详情如下:广西电网公司2024年省级物资集中采购第一批公开竞争性谈判采购公告(采购编号:CG0400062001710007)根据
·ABB巡展计划走遍中国30余个城市,将创新驱动的电气“新质生产力”带到客户身边·ABB是能源转型变革的技术先行者,提供从发电端到用电端的解决方案,帮助用户应对能源转型中的各类挑战和难题中国已成为能源转型的重要推动者,从能源结构看,非化石能源加快成为供给增量主体。在能源行业迎来绿色转型的
4月17日,海南电网有限责任公司2023年第三批物资专项招标中标公示。(招标编号CG0700022001684216)招标详情请点击:海南电网有限责任公司发布2023年第三批物资专项招标招标公告
在±800千伏姑苏换流站年检中,国网江苏超高压公司应用自主研发的“智数慧眼”通用型非接触式断路器分合闸测速装置,仅用5分钟就做完一台断路器分合闸试验,测试精度、装置识别准确率也明显提升——4月8日9时,在江苏±800千伏姑苏换流站内,国网江苏超高压公司检修人员准备对可控自恢复效能装置内部的
国网甘肃省电力公司2024年第一次配网物资协议库存公开招标采购推荐的中标候选人公示(招标编号:2724AA)
2024年3月,由平高电气所属企业河南平芝高压开关有限公司(以下简称“平芝公司”)研制的550千伏抑制励磁涌流用超长合闸电阻投入时间断路器,在昆柳龙直流工程送端站点——昆北换流站成功并网投运,平芝公司成为国内首个突破该项技术并挂网运行的厂家。随着特高压直流工程的大量投运,变压器空载合闸励
3月21日,甘肃电力科学研究院技术人员完成±800千伏祁连换流站调相机交流滤波场断路器投切操作瞬态电磁干扰测试,为调相机安全稳定运行打牢基础。据介绍,调相机可改善电网功率因数、维持电网电压水平,对保障特高压电网安全稳定运行具有重要作用。本次测试是为了分析换流站调相机轴振干扰机理,防止调
3月21日,甘肃电科院完成±800千伏祁连换流站调相机交流滤波场断路器投切操作瞬态电磁干扰现场测试。调相机对改善电网功率因数、电网经济运行有重要作用。本次测试旨在分析换流站调相机轴振干扰机理,防止调相机轴振、瓦振保护误动作,在甘肃省内尚属首次。测试中,技术人员结合断路器自动投切操作,运
“10千伏星河线0394间隔A相合闸时间47.15毫秒,B、C相合闸时间47.35毫秒,三相不同期0.2毫秒,机械特性测试合格。”3月14日,在山东淄博110千伏恒大变电站,淄博供电公司变电检修人员使用第四代基于多线程高压断路器运维智能分析装置,仅用3分钟便完成了1台高压断路器的机械特性测试工作。高压断路器是
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!