CN107425535A - 高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,属于架空线柔性直流输电系统绝缘配合领域。通过分析系统过电压分布特性、避雷器的配置以及绝缘配合的设置步骤对高压大容量架空线柔性直流输电系统的各种过电压进行准确的分析计算,并在此基础上给出了该系统避雷器的配置原则及其参数选取方法,进而实现系统设备的绝缘配合。本发明在保证架空线柔性直流输电系统安全稳定运行的同时极大的降低了系统费用,可用于指导相关技术人员高效地完成高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合分析。
Description
技术领域
本发明涉及架空线柔性直流输电系统绝缘配合领域,特别涉及一种高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法。
背景技术
近年来,我国能源开发加速向西部和北部转移,能源基地与负荷中心的距离越来越远,远距离大容量输电成为我国电网发展的根本动力。柔性直流输电可有效提高清洁能源发电的并网效率,缓解电压波动对电网造成的冲击,是大规模清洁能源基地接入电网的有效技术手段。国内已投运的柔性直流输电工程都是采用电缆输电,但与架空线相比,电缆造价高,故障多为永久性,不便于检修和维护,难以适用于远距离大容量输电场合。因此,将柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合是实现我国能源资源优化配置的客观要求,也是电网技术发展的未来趋势。
相对于电缆而言,架空线路的使用大大增加了直流侧发生故障的概率,因此,换流站的过电压保护和绝缘配合问题尤为重要。特别是对于高压大容量架空线柔性直流输电系统,其绝缘配合设计是其工程化的关键技术之一,直接影响了柔性直流输电工程的设备造价和换流站占地,需要从经济性和安全性两方面综合考虑。现有的柔性直流输电工程绝缘配合设计主要是针对直流侧采用电缆输电的柔性直流输电工程,且系统电压等级和输送容量同目前国际先进工程水平相比尚有差距。其绝缘配合的原则和步骤是参照传统高压直流输电系统的绝缘配合方法,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的验证。
对于高压大容量架空线柔性直流输电系统由于其拓扑结构及主接线方式与常规柔性直流输电系统具有较大的不同,且其直流侧采用架空线路输电,导致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差异,因此,对其保护装置的配置、运行方式以及设备绝缘水平的选择有其特殊的要求。随着高压大容量柔性直流输电系统架空线的推广应用,其换流站过电压保护和绝缘配合设计是亟待解决的技术难题。目前,架空线柔性直流输电系统的发展尚处于起步阶段,对其特定的绝缘配合设计方法也尚未见报导,因此,有必要开展相关的研究,寻求一种有效的绝缘配合方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,解决了现有技术存在的上述问题。本发明通过分析系统过电压分布特性、避雷器的配置以及绝缘配合的设置步骤对高压大容量架空线柔性直流输电系统的各种过电压进行准确的分析计算,并在此基础上给出了该系统避雷器的配置原则及其参数选取方法,进而实现系统设备的绝缘配合。本发明在保证架空线柔性直流输电系统安全稳定运行的同时极大的降低了系统费用,可用于指导相关技术人员高效地完成高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合分析。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,在直流换流站避雷器配置方法的基础上考虑了架空线柔性直流输电系统直流侧故障的脆弱性及其对交流系统的影响,根据系统的拓扑结构及主接线方式,具体步骤包括:
1)系统过电压分布特性的分析:
1.1)根据高压大容量架空线柔性直流输电系统的功能要求及其接入的子模块确定系统的拓扑结构;
1.2)确定设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式;
1.3)对系统进行过电压分区,并分析其产生机理;
1.4)根据步骤1.2)中的运行方式及步骤1.3)得出的不同过电压类型,建立架空线柔性直流输电系统的仿真模型,进行过电压的仿真计算;
2)避雷器的配置:
2.1)根据步骤1.4)中过电压的仿真计算结果和避雷器的配置原则,确定避雷器的安装位置及其基本参数的选取原则;
2.2)根据步骤2.1)中避雷器实际安装位置的运行条件,确定其荷电率和阀片型号;
2.3)根据阀片文件,计算各避雷器的持续运行电压CCOV、持续运行电压峰值PCOV和避雷器的参考电压U ref,并生成避雷器文件;
2.4)根据步骤1.4)和步骤2.3)计算统计各避雷器的特征值,并选取其配合电流;
2.5)根据步骤2.4)中所确定的配合电流,计算各避雷器的保护水平;
3)绝缘配合的设置:
3.1)确定绝缘配合方法,并综合考虑系统安全稳定性和工程经济性选取其绝缘配合系数;
3.2)根据步骤2.5)中各避雷器的保护水平和步骤3.1)中的绝缘配合系数,计算设备的要求耐受电压;
3.3)确定不同区域的设备绝缘水平。
所述的系统的拓扑结构是:适用于架空线场合且具有直流故障自清除能力的电压源换流器拓扑结构。
步骤1.2)所述的设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式是:根据提高输送容量和电压等级的需求和可靠性分析后进行选择。
步骤1.3)所述的过电压分区是:把高压大容量架空线柔性直流输电系统划分为换流站交流侧、换流站内部和换流站直流侧三个区域。
所述的换流站直流侧的过电压包括操作过电压和由架空线引入的雷电过电压。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明的过电压分布特性分析步骤中,充分考虑了架空线应用所带来的直流故障下系统脆弱性问题,并对适用于架空线场合的换流器拓扑结构及主接线方式进行了全面分析,为实际系统的经济安全稳定运行奠定基础;通过划分过电压分析区域,并对每个区域内引起过电压的不同故障类型进行仿真计算,分别统计管理各区域设备的过电压水平,有效提高了工作效率,并为避雷器的配置提供参考依据。
(2)本发明的避雷器配置步骤中,参照了已有直流输电系统的避雷器配置方法,并针对所确定的拓扑结构和架空线引入雷电过电压的问题,综合考虑了换流站电压等级和不同设备的具体绝缘特点,设计了系统的避雷器配置方案,可以实现对系统关键设备的有效保护,更符合架空线柔性直流输电系统的实际。
(3)本发明的绝缘配合设置步骤中,在绝缘配合系数的选取过程中,充分考虑了柔性直流输电系统中设备的不同电压等级、所处的环境条件以及绝缘裕度要求等具体因素,由此确定的设备绝缘水平综合考虑了系统的安全稳定性和工程经济性,具有一定的工程应用价值。
(4)本发明提供的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,可以指导相关技术人员快速、准确地完成系统的绝缘配合分析,实现高压大容量架空线柔性直流输电系统的安全稳定运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的单极式串联混合型高压大容量架空线柔性直流输电系统实施例的拓扑结构示意图;
图2为本发明的整流站避雷器配置方案示意图;
图3为本发明的绝缘配合方法的实现流程图;
图4为本发明的系统过电压分布特性分析步骤的流程图;
图5为本发明的避雷器配置步骤的流程图;
图6为本发明的绝缘配合设置步骤的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图6所示,本发明的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,在传统直流换流站避雷器配置方法的基础上考虑了架空线柔性直流输电系统直流侧故障的脆弱性及其对交流系统的影响,根据系统的拓扑结构及主接线方式,具体步骤包括:
1)系统过电压分布特性的分析:
1.1)根据高压大容量架空线柔性直流输电系统的功能要求及其接入的子模块确定系统的拓扑结构;
1.2)确定设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式;
1.3)对系统进行过电压分区,并分析其产生机理;
1.4)根据步骤1.2)中的运行方式及步骤1.3)得出的不同过电压类型,建立架空线柔性直流输电系统的仿真模型,进行过电压的仿真计算;
2)避雷器的配置:
2.1)根据步骤1.4)中过电压的仿真计算结果和避雷器的配置原则,确定避雷器的安装位置及其基本参数的选取原则;
2.2)根据步骤2.1)中避雷器实际安装位置的运行条件,确定其荷电率和阀片型号;
2.3)根据阀片文件,计算各避雷器的持续运行电压CCOV、持续运行电压峰值PCOV和避雷器的参考电压U ref,并生成避雷器文件;
2.4)根据步骤1.4)和步骤2.3)计算统计各避雷器的特征值,并选取其配合电流;
2.5)根据步骤2.4)中所确定的配合电流,计算各避雷器的保护水平;
3)绝缘配合的设置:
3.1)确定绝缘配合方法,并综合考虑系统安全稳定性和工程经济性选取其绝缘配合系数;
3.2)根据步骤2.5)中各避雷器的保护水平和步骤3.1)中的绝缘配合系数,计算设备的要求耐受电压;
3.3)确定不同区域的设备绝缘水平。
所述的系统的拓扑结构是:适用于架空线场合且具有直流故障自清除能力的电压源换流器拓扑结构。
步骤1.2)所述的设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式是:根据提高输送容量和电压等级的需求和可靠性分析后进行选择。
步骤1.3)所述的过电压分区是:把高压大容量架空线柔性直流输电系统划分为换流站交流侧、换流站内部和换流站直流侧三个区域。
所述的换流站直流侧的过电压包括操作过电压和由架空线引入的雷电过电压。
实施例:
本发明针对高压大容量架空线柔性直流输电系统设计的绝缘配合方法实现流程如图2所示,其包括系统过电压分布特性的分析步骤、避雷器的配置步骤以及绝缘配合的设置步骤:
系统过电压分布特性的分析步骤如图4所示,具体包括:
1.1)根据高压大容量架空线柔性直流输电系统的功能要求及其接入的子模块初步选取适用于该系统的换流器拓扑结构,并根据实际系统的电压等级、传输容量及应用场景,从运行损耗、投资成本和可靠性分析三个方面综合考虑,确定最终的系统拓扑结构,本发明实施例的拓扑结构如图1所示。
1.2)根据所选取的系统拓扑结构,确定系统主接线方式,并分析该系统所有可能的运行方式及其稳定特性,确定设备绝缘配合的运行方式。
1.3)将高压大容量架空线柔性直流输电系统划分为换流站交流侧、内部和直流侧三个区域进行过电压分析,其中由直流侧架空线引入的雷电过电压是不容忽略的,在此基础上,分析不同过电压类型的产生机理及系统中可能出现严重过电压的位置。
1.4)根据步骤1.2)中的运行方式及步骤1.3)中的过电压分析,在电磁暂态仿真分析软件中建立与实际系统相一致的架空线柔性直流输电系统的仿真模型,对不同区域内的各种过电压类型进行仿真计算,并统计系统中不同设备出现的最大过电压。
避雷器的配置步骤如图5所示,具体包括:
2.1)根据步骤1.4)中过电压仿真计算统计结果和避雷器的配置原则确定避雷器的安装位置及其基本参数选取原则,实施例的整流站避雷器配置方案如图2所示。
2.2)根据步骤2.1)中避雷器实际安装位置的运行条件,初步确定系统设计中要求的避雷器荷电率以及避雷器伏安特性曲线的阀片文件。
2.3)根据实际系统参数,计算各避雷器的持续运行电压(CCOV)、持续运行电压峰值(PCOV)及避雷器参考电压U ref=CCOV/荷电率,并结合阀片文件,生成相应的避雷器文件。
2.4)根据步骤1.4)和步骤2.3)计算统计出不同故障类型下各位置避雷器的最大电压、最大电流和最大能量,选出决定该避雷器最大过电压和能量的故障类型,将其对应的最大残压、最大电流和能量作为该避雷器的特征值,并记录所有设备端间和端对地的最高电压应力,在此基础上,确定不同区域避雷器的配合电流,其值应大于该避雷器特征值中的最大电流。
2.5)根据步骤2.4)中所确定的配合电流,计算各避雷器的保护水平,即操作冲击保护水平和雷电冲击保护水平。
绝缘配合设置步骤如图6所示,具体包括:
3.1)确定绝缘配合方法,并综合考虑系统安全稳定性和工程经济性选取其绝缘配合系数,对于直流侧设备,由于目前还没有标准耐受电压水平可供参考,故可根据用户实际要求或参考已有直流输电工程进行绝缘配合系数的选取。
3.2)根据步骤2.4)中各避雷器的操作冲击保护水平和雷电冲击保护水平以及步骤3.1)中的绝缘配合系数计算各设备的耐受电压,并根据相关标准或工程经验确定各设备的要求操作冲击耐受电压和要求雷电冲击耐受电压。
3.3)根据各避雷器的保护水平、绝缘配合系数以及各设备的过电压计算结果,最终确定不同区域的设备绝缘水平,在保证架空线柔性直流输电系统安全稳定运行的同时减少系统的费用。
以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,其特征在于:在直流换流站避雷器配置方法的基础上考虑了架空线柔性直流输电系统直流侧故障的脆弱性及其对交流系统的影响,根据系统的拓扑结构及主接线方式,具体步骤包括:
1)系统过电压分布特性的分析:
1.1)根据高压大容量架空线柔性直流输电系统的功能要求及其接入的子模块确定系统的拓扑结构;
1.2)确定设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式;
1.3)对系统进行过电压分区,并分析其产生机理;
1.4)根据步骤1.2)中的运行方式及步骤1.3)得出的不同过电压类型,建立架空线柔性直流输电系统的仿真模型,进行过电压的仿真计算;
2)避雷器的配置:
2.1)根据步骤1.4)中过电压的仿真计算结果和避雷器的配置原则,确定避雷器的安装位置及其基本参数的选取原则;
2.2)根据步骤2.1)中避雷器实际安装位置的运行条件,确定其荷电率和阀片型号;
2.3)根据阀片文件,计算各避雷器的持续运行电压CCOV、持续运行电压峰值PCOV和避雷器的参考电压U ref,并生成避雷器文件;
2.4)根据步骤1.4)和步骤2.3)计算统计各避雷器的特征值,并选取其配合电流;
2.5)根据步骤2.4)中所确定的配合电流,计算各避雷器的保护水平;
3)绝缘配合的设置:
3.1)确定绝缘配合方法,并综合考虑系统安全稳定性和工程经济性选取其绝缘配合系数;
3.2)根据步骤2.5)中各避雷器的保护水平和步骤3.1)中的绝缘配合系数,计算设备的要求耐受电压;
3.3)确定不同区域的设备绝缘水平。
2.根据权利要求1所述的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,其特征在于:所述的系统的拓扑结构是:适用于架空线场合且具有直流故障自清除能力的电压源换流器拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,其特征在于:步骤1.2)所述的设备绝缘配合系统的主接线及其运行方式是:根据提高输送容量和电压等级的需求和可靠性分析后进行选择。
4.根据权利要求1所述的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,其特征在于:步骤1.3)所述的过电压分区是:把高压大容量架空线柔性直流输电系统划分为换流站交流侧、换流站内部和换流站直流侧三个区域。
5.根据权利要求4所述的高压大容量架空线柔性直流输电系统的绝缘配合方法,其特征在于:所述的换流站直流侧的过电压包括操作过电压和由架空线引入的雷电过电压。
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CN109462225B (zh) * | 2018-09-21 | 2022-02-18 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种串联型补偿装置的绝缘配合方法及系统 |
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