摘要:现阶段,在各个地区当中电网改扩建项目都在逐渐实施,在整个输电线路当中高压直流输电线路所发挥的作用及其占比都较之前相比有了很大的提升,基于此现阶段电力企业必须要不断加强对高压直流输电线路故障清除方面的研究,并根据实际情况提出相应的恢复策略。从而确保高压直流输电线路的正常运行。
关键词:高压直流输电线路;故障清除;恢复策略
引言
近些年来,随着科技水平的不断提高,在我国当中用于生产和生活的用电量有了很大的提升,基于此,开始进行高压直流输电线路的建设。这主要是由于其本身具有输电距离长、跨区域广以及所处环境较为复杂等特点,假如有故障产生的话,排除起来就相当困难,同时出现损失的几率也相对较高。具研究指出,在我国直流输电系统当中高压直流输电线路出现故障的几率是最高的,因此加强这方面的研究是十分有必要的。LCC-HVDV高压直流输电技术使基于电网换相换流器的,所采用的电力电子器件是半控型的,而VSC-HVDC高压直流输电技术则是基于电压源型换流器的,所采用的电力电子器件为全控型的,不管在从系统控制特性、发生故障后所呈现出的特征还是运行原理和结构都有着本质的不同,当然在处理故障时所采用的方法也是不一样的。然而其思路却有着相似之处,如果是瞬时性的故障,当将其清除之后,会通过一定的办法将其恢复;而如果是永久性的故障,就没有恢复的必要。
1高压直流输电线路故障清除和恢复技术
1.1LCC-HVDC 直流输电线路保护技术
目前 LCC-HVDC 直流输电线路以行波保护与微分欠压保护作为主保护方案。以电流差动保护为后备保护,部分工程还配置了低电压保护。直流线路故障位置和故障性质不同时,控制保护系统的响应时间和响应方式也有所差异,使得直流线路故障特征具有明显的受控性和不确定性,这不仅增加了保护原理设计的难度,也影响着现有保护的动作性能。此外,
LCC-HVDC 直流线路跨越区域广,发生高阻故障的概率较高;由 LCC-HVDC 扩展到 LCC-UHVDC 带来保护方面的问题是超长直流线路对故障特征量的衰减作用更加明显,这些因素都将影响现有保护动作的可靠性和正确性。
1.2 VSC-HVDC 直流输电线路故障隔离技术
VSC-HVDC 直流侧呈低阻抗特性,直流线路故障时,直流侧电容放电冲击电流高达额定电流的几十倍,且电流上升速度极快,对换流设备产生严重威胁。因此,VSC-HVDC 系统对直流侧故障保护和隔离的快速性要求比 LCC-HVDC 系统高得多。在基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)系统中,电容分散在换路站子模块中。当发生直流线路单极对地故障时,子模块电容无法形成放电回路,直流线路故障电流主要由交流侧馈入形成,因此故障电流幅值相对较低。然而,当发生极间故障时,故障特征与 VSC-HVDC 直流线路故障特征类似。目前在 VSC-HVDC 系统交流侧故障处理和控制保护策略方面的研究相对成熟。由于高压直流断路器技术的不成熟,对于直流侧故障,一般需要借助交流断路器切断来实现故障隔离。采用交流断路器的故障隔离方式将带来两方面的问题:其一是交流断路器动作时间长,一般需要 2~3 个交流周波,在故障隔离前的这段时间内,换流元件需要一直承受较高的过电流,对器件的过流能力要求较高;其二是交流断路器动作断开了交直流侧的连接,将使得直流系统停运,尤其对于多端 VSC-HVDC 系统,这种故障隔离方式将严重影响系统的可用率。由此可见,如何快速地识别多端VSC-HVDC 直流线路故障,对故障冲击电流进行有效抑制,并隔离故障线路,从而减少过流对换流器件的损坏,保证非故障系统稳定运行,是 VSC-HVDC 直流线路保护面临的挑战。
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2直流线路故障清除及恢复存在的问题
综 合 前 两 节 的 分 析,LCC-HVDC 和 VSC-HVDC直流线路故障清除及恢复策略存在共性问题:在故障处理过程中缺少对故障状态进行判别的环节,系统恢复具有盲目性。在故障电流清除,等待一定的 去 游离时间 后,LCC-HVDC 系统会 进 行 重启,VSC-HVDC系统会进行直流断路器自动重合或者换流器解锁。采取这些措施的本来目的是使线路在瞬时性故障下 快 速恢复运 行,提高供电可靠性。但是若线路上发生的是永久性故障,会因多次重启造成对整个系统的多次冲击;若发生的是复杂瞬时性故障,会因等待的去游离时间不足导致恢复失败,造成不必要的停运。
3高压直流输电线路故障清除及恢复问题解决方案探讨
①LCC-HVDC系统所采用的是DFRS,换流器以及故障线路之间依然有电气连接,而换流器直接影响到了电气量的特性,具相关分析研究指出当将故障消除之后电压值的恢复情况和线路对地电导、故障电阻以及故障距离有关,除了以外在对故障情况进行判断的时候还可以采取电压幅值的方法来进行。因为没有明确的公式来表示电压恢复的情况,因此需要根据仿真数据来确定阈值。除此之外,阈值的选取方法能够确保在有永久性故障产生时不对系统进行重启,然而此时部分瞬时性故障也会被视为永久性故障,以至于换流器闭锁。
②对于采用直流断路器的 VSC-HVDC 系统,断路器动作后,故障线路两端与系统断开,其特性主要由故障点、健全线路的耦合效应决定。
③对 于 采 用 具 有 故 障 自 清 除 能 力 子 模 块 的VSC-HVDC系统,
其电气特性同样与换流器有关。文献针对采用 FBSM 的换流器,利用换流器不控整流时电流在2种故障状态下的区别来判断故障状态,并且验证了该方法对 混合 式 拓扑 的适用性。这为在该类系统中实现故障性质判断提供了思路,可以利用 MMC 快速、灵活的控制特性来辅助进行判断。
④近年来,混合直流输电技术也引起了人们的关注。混合直流输电结合了 LCC-HVDC输电技术和 VSC-HVDC 输电技术的优点,解决了前者逆变器易发生换相失败的问题,但同时无法仅利用控制特性来清除直流线路故障,如何进行直流线路故障的清除也是需要研究的问题。就目前的研究现状而言,柔性直流端可以直接采用具有故障自清除能力的子模块,也可以采用半桥型子模块和直流断路器的方法。还需要对2种方法的故障处理能力和经济性进行进一步的对比分析,并结合前面的三点研究进行自适应恢复的研究。
结束语
总的来讲,在生产和生活用电量逐渐增多的背景下,高压直流输电线路的使用是行之有效的,在上文当中先是就高压直流输电线路故障清除和恢复技术进行了分析和介绍,接着总结研究了直流线路故障清除及恢复所存在的问题,最后有针对性的提出了高压直流输电线路故障清除及恢复问题解决方案,还望能够为我国输电线路的安全性提供有效保障。
参考文献
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论文作者:蔡鹏
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
标签:故障论文; 线路论文; 高压论文; 系统论文; 断路器论文; 电流论文; 技术论文; 《中国电业》2019年第13期论文;