CN104578127B - 基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法 - Google Patents

基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法，通过系统分析、避雷器的配置、过电压的仿真计算和绝缘配合的设置步骤对基于柔性直流的智能配电系统的拓扑结构、运行方式、故障方式进行全面的分析，在此基础上对系统进行初步的避雷器配置，通过建立系统的内部过电压计算模型和雷电过电压计算模型展开过电压的仿真计算，进而调整避雷器的配置和完成系统设备的绝缘配合，在保证系统安全稳定的运行的同时使系统费用最低，该方案可用于指导相关技术人员高效地完成柔性直流配电系统的绝缘配合分析。

Description

基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法
技术领域
本发明涉及柔性直流智能配电的绝缘配合领域，具体涉及基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法。
背景技术
绝缘配合就是综合考虑电气设备在电力系统中可能承受的各种电压(工作电压及过电压)、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。
电力系统的绝缘配合设计是在常规的保护装置配置的基础之上，对实际系统进行电磁暂态过程的模拟计算，并考虑设备的耐受特性，由有经验的设计人员根据具体的计算结果不断调整保护配置和保护装置的参数，以最终确定系统的绝缘配合方案，因此绝缘配合设计是一项专业性和技术性很强的工作，需要设计人员有坚实的专业基础和丰富的工程经验。
现有的高压直流换流站绝缘配合程序，是按照高压直流换流站绝缘配合的相关标准对避雷器进行配置，对系统进行过电压的仿真分析，再结合绝缘系数的选取最终确定设备绝缘水平。但是该绝缘配合程序只是针对基于晶闸管换流阀的常规高压直流输电系统。随着柔性直流输电技术的快速发展，其绝缘配合的研究也相继开展起来。柔性直流输电系统的绝缘配合原则和步骤参照传统高压直流的绝缘配合，并结合其特有的控制保护策略，但是目前还未形成统一的标准，绝缘配合的经济性和合理性也有待进一步验证。
基于柔性直流的智能配电系统由于其拓扑结构与传统高压直流和柔性直流输电系统均有较大的不同，在其直流系统部分直接接入了交/直流敏感负荷、含分布式电源的交流和直流微网及储能装置，因此其过电压的产生机理、系统运行方式及控制保护策略也有较大的差异。目前，柔性直流配电网的发展尚处于起步阶段，对其绝缘配合的研究也尚未见报导，需要开展专门的研究。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法，所述智能配电系统包括子模块，包括系统分析步骤、避雷器的配置步骤、过电压的计算步骤及绝缘配合步骤。
所述系统分析步骤包括：
S1.1根据柔性直流配电系统的功能及接入子模块确定系统的拓扑结构；
S1.2根据拓扑结构分析柔性直流配电系统所有可能的运行方式；
S1.3根据拓扑结构，按照故障分区进行故障分析，得到柔性直流配电系统可能存在的故障方式，并根据过电压机理分析每种可能故障方式下，系统中出现过电压的位置；
S1.4根据S1.2中运行方式及S1.3中的故障分析，初步确定柔性直流的智能配电系统的控制和保护策略；
所述避雷器的配置步骤包括：
S2.1根据直流配电用避雷器的相关参数及S1.3中的故障分析，确定避雷器配置方案及避雷器基本参数；
S2.2计算避雷器的持续运行电压、持续运行电压峰值及参考电压，生成避雷器文件；
所述过电压的计算步骤具体包括内部过电压的计算步骤和雷电过电压的计算步骤：
所述内部过电压的计算步骤包括：
S3.1.1根据系统分析步骤的结果及系统中各个组成部分的电磁暂态建模方法，得到内部过电压的等效电路模型；
S3.1.2在PSCAD/EMTDC中建立柔性直流智能配电系统的内部过电压仿真计算模型，并在相应的位置调用S2.2中生成的避雷器文件，相应的位置具体是指S2.1避雷器的位置。
S3.1.3根据系统分析中得到运行方式、故障方式及控制策略，在S3.1.2中建立的内部过电压仿真计算模型上进行仿真计算，并统计系统关键点的最大过电压；
所述雷电过电压的计算步骤包括：
S3.2.1采用PSCAD/EMTDC电磁暂态分析软件建立系统的雷电侵入波过电压仿真模型；
S3.2.2利用雷电侵入波过电压仿真模型，并在对应位置调用S2.2中的避雷器文件，对系统进行雷电过电压的计算，并统计雷电过电压的计算结果；
所述绝缘配合步骤包括：
S4.1根据S3.1.3及S3.2.2中计算的内部过电压及雷电过电压的仿真计算结果，调整S2.1中避雷器的参数、位置和数量；
S4.2选择配合电流，计算避雷器的保护水平，具体包括操作冲击保护水平及雷电冲击保护水平；
S4.3确定绝缘配合的系数；
S4.4根据S4.2避雷器的保护水平，结合S4.3中选取的绝缘配合系数，计算系统关键设备的耐受电压；
S4.5确定系统关键设备的绝缘水平。
所述故障分区是将系统按照交流侧、换流器区域和直流系统三个区域划分。
所述S2.1中避雷器配置方案包括避雷器的初步配置位置、数量及类型，所述避雷器基本参数包括避雷器的阀片型号和荷电率。
所述S3.1.1各个组成部分的电磁暂态建模方法中的各个组成部分包括换流器、负荷、储能系统、光伏发电、电动汽车充电站、相应的接口设备及控制保护策略。
所述系统的可能运行方式是根据接入系统的各个子模块的运行特性得到的。
本发明的有益效果：
(1)本发明的系统分析步骤中，对系统的故障分析采用了故障分区的方式，将系统的故障区域划分为交流侧，直流系统和换流器区域，直流系统又按接入的模块划分区域，能快速有效的确定系统的故障位置和故障类型，对过电压的理论分析有很大的帮助，提高了工作效率。
(2)本发明的避雷器配置步骤中，参照了传统高压直流和柔性直流输电中避雷器的配置方法，并结合了配电用避雷器的调研结果，所得的避雷器初步配置方案和基本参数更符合配电系统的实际。
(3)本发明的绝缘配合步骤中，考虑了绝缘配合系数的选取，并考虑了配电系统的电压等级、设备所处的环境和对设备的要求等具体情况，由此确定的设备的绝缘水平能在保证设备安全的基础上使经济性达到最优的状态。
(4)本发明提供了一种基于柔性直流的智能配电系统绝缘配合的方法，可以指导用户高效、准确地完成系统的绝缘配合分析，解决了柔性直流智能配电网的关键技术之一，将极大地促进柔性直流智能配电网的发展。
附图说明
图1是本发明实施例的拓扑结构示意图；
图2是本发明的工作流程图；
图3是本发明的系统分析步骤的流程图；
图4是本发明的避雷器配置步骤的流程图；
图5是本发明的内部过电压的计算步骤的流程图；
图6是本发明的绝缘配合步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图2所示，一种基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法，所述智能配电系统包括子模块，包括系统分析步骤、避雷器的配置步骤、过电压的计算步骤及绝缘配合步骤；
如图1、图3所示，S1所述系统分析步骤包括：
S1.1根据柔性直流配电系统的功能及接入子模块确定系统的拓扑结构，图1中的1、2、3、4分别表示变电站1及变电站2之间的线路；
柔性直流配电系统具有提高配电网的供电可靠性、提高配电网的电能质量、方便分布式电源的接入等功能，因此，在系统的直流侧中接入了含光伏发电的交流和直流微网、交/直流敏感负荷、储能装置，且直流系统通过换流器与交流系统相连。据此可得柔性直流配电系统的拓扑结构如图1所示；
S1.2在S1.1中的拓扑结构上，结合接入系统的各个子模块的运行特性，运行特性包括光伏发电是否存在功率反送，储能系统处于充电还是放电状态，各换流站是否处于运行状态等，分析柔性直流配电系统所有可能的运行方式；
S1.3根据拓扑结构，按照故障分区进行故障分析，故障分区是将系统的故障按照交流侧、换流器区域和直流系统三个区域划分，其中直流系统的故障不仅要考虑直流线路故障，还需要考虑接到直流线路上的各个模块的故障情况，得到柔性直流配电系统可能存在的故障方式，并根据过电压机理分析每种可能故障方式下，系统中可能出现过电压的位置；
S1.4根据S1.2中运行方式及S1.3中的故障分析，初步确定柔性直流的智能配电系统的控制和保护策略；包括各换流器的运行控制策略、各接入模块的状态控制策略及系统的故障保护策略。
如图4所示，S2所述避雷器的配置步骤
S2.1调研国内外直流配电用避雷器的研制和相关参数，具体包括目前配电系统用避雷器的结构、类型及基本参数，及S1.3中的故障分析，确定配电系统的避雷器配置方案和避雷器的基本参数，配置方案中包括避雷器配置的位置，数量、类型，避雷器基本参数包括避雷器的阀片型号和荷电率；
S2.2计算避雷器的持续运行电压CCOV、持续运行电压峰值PCOV及参考电压Uref＝PCOV/荷电率,并生成避雷器文件备用。
如图5所示，S3所述过电压的计算步骤具体包括内部过电压的计算步骤和雷电过电压的计算步骤：
S3.1所述内部过电压的计算步骤包括：
S3.1.1根据系统分析步骤的结果及系统中各个组成部分的电磁暂态建模方法，得到内部过电压的等效电路模型，所述各个组成部分的电磁暂态建模方法包括换流器、负荷、储能系统、光伏发电、电动汽车充电站及相应接口设备的建模研究，还应包含控制保护策略的建模。
S3.1.2在PSCAD/EMTDC中建立柔性直流智能配电系统的内部过电压仿真计算模型，并在相应的位置调用S2.2中生成的避雷器文件，所述相应的位置具体是指S2.1避雷器的位置；
S3.1.3根据系统分析中得到运行方式、故障方式及控制策略，在S3.1.2中建立的内部过电压仿真计算模型上进行仿真计算，并统计系统关键点的最大过电压，所述的系统关键点的最大过电压是通过仿真计算系统在各种运行方式、故障工况下产生的过电压的统计结果，并且考虑了控制和保护策略。
S3.2所述雷电过电压的计算步骤包括：
S3.2.1研究柔性直流智能配电网的雷电侵入波过电压建模方法的，并采用PSCAD/EMTDC电磁暂态分析软件建立系统的雷电侵入波过电压仿真模型；
S3.2.2雷电过电压的计算。利用雷电侵入波过电压仿真模型，并在对应位置调用S2.2中的避雷器文件，对系统开展雷电过电压的计算，并统计雷电过电压的计算结果。
如图6所示，S4所述绝缘配合步骤包括
S4.1根据S3.1.3及S3.2.2中计算的内部过电压及雷电过电压的仿真计算结果，调整S2.1中避雷器的参数、位置和数量；
S4.2选择配合电流，计算避雷器的保护水平，具体包括操作冲击保护水平及雷电冲击保护水平；
S4.3参照传统高压直流及柔性直流输电工程的绝缘配合系数，并考虑配电系统的实际电压等级、系统中设备所处的环境及绝缘要求等情况，确定绝缘配合的系数；
S4.4根据S4.2避雷器的保护水平，结合S4.3中选取的绝缘配合系数，计算系统关键设备的耐受电压，再根据相关标准或实际经验选取关键设备的耐受电压；
S4.5确定关键设备的绝缘水平。
通过对系统进行分析并配置避雷器，对系统中接入的各个模块进行电磁暂态的建模与仿真计算，最终确定系统中关键设备的绝缘水平，为系统中关键设备的选型、制造和试验提供有力依据，保证配电系统安全稳定的运行，并使得系统的费用最省。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于柔性直流的智能配电系统的绝缘配合方法，所述智能配电系统包括子模块，其特征在于，包括系统分析步骤、避雷器的配置步骤、过电压的计算步骤及绝缘配合步骤；
所述系统分析步骤包括：
S1.1根据柔性直流配电系统的功能及接入子模块确定系统的拓扑结构；
S1.2根据拓扑结构分析柔性直流配电系统所有可能的运行方式；
S1.3根据拓扑结构，按照故障分区进行故障分析，得到柔性直流配电系统可能存在的故障方式，并根据过电压机理分析每种可能故障方式下，系统中出现过电压的位置；
S1.4根据S1.2中运行方式及S1.3中的故障分析，初步确定柔性直流的智能配电系统的控制和保护策略；
所述避雷器的配置步骤包括：
S2.1根据直流配电用避雷器的相关参数及S1.3中的故障分析，确定避雷器配置方案及避雷器基本参数；
S2.2计算避雷器的持续运行电压、持续运行电压峰值及参考电压，生成避雷器文件；
所述过电压的计算步骤具体包括内部过电压的计算步骤和雷电过电压的计算步骤：
所述内部过电压的计算步骤包括：
S3.1.1根据系统分析步骤的结果及系统中各个组成部分的电磁暂态建模方法，得到内部过电压的等效电路模型；
S3.1.2在PSCAD/EMTDC中建立柔性直流智能配电系统的内部过电压仿真计算模型，并在相应的位置调用S2.2中生成的避雷器文件，相应的位置具体是指S2.1避雷器的位置；
S3.1.3根据系统分析中得到运行方式、故障方式及控制策略，在S3.1.2中建立的内部过电压仿真计算模型上进行仿真计算，并统计系统关键点的最大过电压；
所述雷电过电压的计算步骤包括：
S3.2.1采用PSCAD/EMTDC电磁暂态分析软件建立系统的雷电侵入波过电压仿真模型；
S3.2.2利用雷电侵入波过电压仿真模型，并在对应位置调用S2.2中的避雷器文件，对系统进行雷电过电压的计算，并统计雷电过电压的计算结果；
所述绝缘配合步骤包括：
S4.1根据S3.1.3及S3.2.2中计算的内部过电压及雷电过电压的仿真计算结果，调整S2.1中避雷器的参数、位置和数量；
S4.2选择配合电流，计算避雷器的保护水平，具体包括操作冲击保护水平及雷电冲击保护水平；
S4.3确定绝缘配合的系数；
S4.4根据S4.2避雷器的保护水平，结合S4.3中选取的绝缘配合系数，计算系统关键设备的耐受电压；
S4.5确定系统关键设备的绝缘水平。
2.根据权利要求1所述的配合方法，其特征在于，所述故障分区是将系统按照交流侧、换流器区域和直流系统三个区域划分。
3.根据权利要求1所述的配合方法，其特征在于，所述S2.1中避雷器配置方案包括避雷器的初步配置位置、数量及类型，所述避雷器基本参数包括避雷器的阀片型号和荷电率。
4.根据权利要求1所述的配合方法，其特征在于，所述S3.1.1各个组成部分的电磁暂态建模方法中的各个组成部分包括换流器、负荷、储能系统、光伏发电、电动汽车充电站、相应的接口设备及控制保护策略。
5.根据权利要求1所述的配合方法，其特征在于，所述系统的可能运行方式是根据接入系统的各个子模块的运行特性得到的。
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