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多端柔性直流系統故障保護方案

編輯部 | 2017/6/21 9:45:03

多端柔性直流系統故障保護方案
直流系統在減小線路損耗、提高傳輸容量、新能源發電大規模集中接入等方面優勢突出,隨著近年來電力電子技術的飛躍式發展,直流系統成為國內外電力系統領域研究、應用的熱點。其中,多端柔性直流電網由于其在供電可靠性方面所具備的巨大優勢,已經成為未來電力系統發展的一大趨勢。柔性直流電網的直流故障保護是其發展的關鍵技術之一,主要技術難點在于故障線路的可靠識別定位。結合目前的技術現狀,本文詳細分析利用直流斷路器和利用自清除換流器實現故障隔離的技術可行性。結合“握手法”的前加速保護思想,分別設計了基于直流斷路器和不基于直流斷路器的多端柔性直流系統故障保護方案,實現故障的識別、隔離及剩余網絡的快速恢復。
問題及意義
直流故障保護是柔性直流電網的關鍵技術問題。由于直流故障隔離技術尚不成熟,目前柔性直流工程主要利用交流斷路器實現故障隔離。針對這一工程實際,相關文獻提出了“握手法”思想實現故障線路的可靠識別定位。但是,該方法在動作速度、系統恢復能力、供電可靠性等方面性能遠遠無法滿足柔性直流電網要求。
隨著直流斷路器技術、換流器自清除技術的逐漸成熟,柔性直流系統直流故障隔離方案逐漸明確。論文針對“半橋MMC+直流斷路器”和“自清除換流器+直流開關”兩種最具應用前景的故障隔離方案,基于“前加速”思想,分別設計了相應的直流故障保護方案。以“半橋MMC+直流斷路器”隔離方案為例,論文提出如圖1所示的保護動作方案:1)利用方向元件選擇預跳閘直流斷路器;2)一旦故障檢測判據動作,立即跳開預選直流斷路器,從而實現故障線路的可靠切除,并保證健全線路至少有一端仍與換流站相連,繼續帶電運行;3)通過線路帶電信號進行重合判斷,若線路仍帶電,則對應跳閘斷路器重合,否則不重合,從而實現剩余網絡的快速恢復。
本文所設計的保護方案無需通信即可實現故障的可靠識別定位,同時在保護動作速度和系統供電可靠性方面均較傳統基于交流斷路器的直流故障保護方案有了很大的提高。
圖1基于“半橋MMC+直流斷路器”的前加速保護方案
重點內容
論文分析了“半橋MMC+直流斷路器”和“自清除換流器+直流開關”兩種故障隔離技術的技術可行性。并在此基礎上,結合“前加速”保護思想,設計了基于單端信息的直流電網保護方案。
結論
本文提出了一種基于“前加速”思想的柔性直流電網保護方案。該方案僅需要本地信號,結合方向元件與重合判斷即可實現故障線路的可靠定位隔離及剩余網絡的快速恢復。在保護動作速度和系統供電可靠性方面均較傳統基于交流斷路器的直流故障保護方案有了顯著提高,可作為柔性直流電網線路后備保護(尤其是在通信失敗情況下)。

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