CN111934302A - 一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法 - Google Patents

一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法 Download PDF

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李可文
陆颖铨
韩炜炜
黄道姗
胡仙来
张慧瑜
张伟骏
陈伯建
方晓玲
殷子寒
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Abstract

本发明涉及一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法,在柔性直流输电系统的进线开关与交流母线或交流系统之间串接一限流装置,该限流装置包括交流开关以及与其并联的电抗器;实时监测交流系统的运行状态,当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器。本发明能够避免交流系统发生单相故障时因换流变中性点接地而产生的零序电流造成电网短路电流不可控,降低对开关设备遮断电流要求和电网短路电流超标的风险,提升电网运行可靠性。

Description

一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统 及方法
技术领域
本发明涉及电力系统输电技术领域,特别是一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法。
背景技术
柔性直流输电系统采用可关断电力电子器件,具有控制灵活、动态响应迅速、谐波含量低等特点,可以快速的、独立的调节有功功率和无功功率,有助于提高电力系统的性能,故越来越被广泛应用。然而,当与柔性直流系统相连的交流电网发生不对称接地短路故障(如单相接地故障)时,由于柔直网侧换流变原边绕组接地方式,对换流站相连的交流系统侧产生较大的零序电流,有可能造成短路电流不可控,提高了电力设备对开关遮断电流要求,不利于电力系统稳定运行。
此外,现有关于柔性直流输电系统的故障特性研究大多集中在直流侧的故障机理、故障特性等方面,而对交流侧接地故障的研究较少(柔性直流输电系统交流侧接地故障是柔直换流站的典型故障之一)。因此,为了解决交流系统发生不对称接地故障(主要考虑故障发生概率较高的单相短路故障)时,柔直换流变贡献的零序电流较大造成故障点短路电流不可控(或超标)现象,有必要设计一种适用于柔性直流系统有效抑制单相短路电流的方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提出一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统及方法,能够避免交流系统发生单相故障时因换流变中性点接地而产生的零序电流造成电网短路电流不可控,降低对开关设备遮断电流要求和电网短路电流超标的风险,提升电网运行可靠性。
本发明采用以下方案实现:一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,包括柔性直流输电系统以及限流装置;所述柔性直流输电系统包括第一换流变压器、进线开关、换流阀及直流场设备、对侧换流站的换流阀及直流场设备以及第二换流变压器;
所述第一换流变压器的一次侧依次经进线开关、限流装置连接至交流母线或交流系统;所述第一换流变压器的二次侧连接至换流阀及直流场设备,所述换流阀及直流场设备通过直流线路连接至对侧换流站的换流阀及直流场设备,对侧换流站的换流阀及直流场设备经第二换流变压器连接至交流网或电源;
所述限流装置包括交流开关以及与其并联的电抗器;当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器。
进一步地,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
进一步地,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
进一步地,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
进一步地,所述电抗器的取值不小于柔性直流输电系统中换流变压器的短路阻抗的1/5,该换流变压器为第一换流变压器与第二换流变压器中短路阻抗小的那个。
本发明还提供了一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,在柔性直流输电系统的进线开关与交流母线或交流系统之间串接一限流装置,该限流装置包括设置交流开关以及与其并联的电抗器;
实时监测交流系统的运行状态,当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器。
进一步地,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
进一步地,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
进一步地,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
进一步地,所述电抗器的取值不小于柔性直流输电系统中换流变压器的短路阻抗的1/5,该换流变压器为第一换流变压器与第二换流变压器中短路阻抗小的那个。
与现有技术相比,本发明有以下有益效果:本发明能够避免交流系统发生单相故障时因换流变中性点接地而产生的零序电流造成电网短路电流不可控,降低对开关设备遮断电流要求和电网短路电流超标的风险,提升电网运行可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
图中,11为交流母线或交流系统,12为进线开关,13为第一换流变压器,14为换流阀及直流场设备,15为直流线路,16为对侧换流站的换流阀及直流场设备,17为第二换流变压器,18为交流网或电源,20为限流装置,21为交流开关,22为电抗器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示,本实施例提供了一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,包括柔性直流输电系统以及限流装置;所述柔性直流输电系统包括第一换流变压器、进线开关、换流阀及直流场设备、对侧换流站的换流阀及直流场设备以及第二换流变压器;
所述第一换流变压器的一次侧依次经进线开关、限流装置连接至交流母线或交流系统;所述第一换流变压器的二次侧连接至换流阀及直流场设备,所述换流阀及直流场设备通过直流线路连接至对侧换流站的换流阀及直流场设备,对侧换流站的换流阀及直流场设备经第二换流变压器连接至交流网或电源;
所述限流装置包括交流开关以及与其并联的电抗器;
上述装置均接入柔性直流控制保护系统,由柔性直流控制保护系统实现监测及控制;第一联接变压器(13)采用Ynd接线方式。当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合,即电抗器短接,保证其对电网正常运行带来的负面作用少;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器,此时增大柔直系统到故障点的电气距离,即增大故障点的各序阻抗值,从而降低故障期间柔直馈入电网的单相短路电流。
在本实施例中,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
在本实施例中,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
在本实施例中,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
在本实施例中,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
本实施例还提供了一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,在柔性直流输电系统的进线开关与交流母线或交流系统之间串接一限流装置,该限流装置包括设置交流开关以及与其并联的电抗器;
采用柔性直流控制保护系统实时监测交流系统的运行状态,当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合,即电抗器短接,保证其对电网正常运行带来的负面作用少;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器,此时增大柔直系统到故障点的电气距离,即增大故障点的各序阻抗值,从而降低故障期间柔直馈入电网的单相短路电流。
在本实施例中,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
在本实施例中,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
在本实施例中,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
在本实施例中,所述电抗器的取值不小于柔性直流输电系统中换流变压器的短路阻抗的1/5,该换流变压器为第一换流变压器与第二换流变压器中短路阻抗小的那个。
较佳的,在本实施例中,交流系统发生单相接地故障的判断方法为:
|Us1+Us2+Us3|>△Usset,且持续时间△T>△Tset1
式中,Us1、Us2、Us3分别为电网A、B、C三相电压;△Usset为三相电压额定值,取值设为0.1p.u.;△Tset1取0.002ms到100ms。
同时,在本实施例中,电抗器的取值越大,抑制短路电流的效果越好,但其具体的取值应综合网架、短路电流、电抗器造价、占地面积等方面确定。考虑到抑制效果,本实施中电抗器取值应不小于柔直换流变短路阻抗的1/5。
下面本实施例对一具体的实例进行实验说明。在图1中,电压等级为220kV,交流母线(11)至柔直进线开关(12)对应侧换流站的电气距离(即电抗)X1=0.0529欧姆,柔直换流变额定容量1060MVA,短路阻抗Uk%=14.85%,无穷大电源等值阻抗均为2.645欧姆。
故障点交流母线(11)发生单相短路故障时,计算限流装置(20)投入前,以及限流装置(20)投入后按三种不同电抗器取值(即分别为0.005H、0.01H、0.015H)下柔直(即换流变)馈入交流系统母线(11)的单相短路电流及其变化幅度,具体如表1所示。
表1限流装置(20)投入前、后柔直(即换流变)贡献的单相短路电流情况表
Figure BDA0002613020210000071
根据表1的结果验证了限流装置投入可有效抑制柔直馈入的单相短路电流,且限流装置电抗器取值越大,贡献的短路电流下降幅度越高,抑制效果越佳。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,其特征在于,包括柔性直流输电系统以及限流装置;所述柔性直流输电系统包括第一换流变压器、进线开关、换流阀及直流场设备、对侧换流站的换流阀及直流场设备以及第二换流变压器;
所述第一换流变压器的一次侧依次经进线开关、限流装置连接至交流母线或交流系统;所述第一换流变压器的二次侧连接至换流阀及直流场设备,所述换流阀及直流场设备通过直流线路连接至对侧换流站的换流阀及直流场设备,对侧换流站的换流阀及直流场设备经第二换流变压器连接至交流网或电源;
所述限流装置包括交流开关以及与其并联的电抗器;当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器。
2.根据权利要求1所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,其特征在于,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
3.根据权利要求1所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,其特征在于,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
4.根据权利要求1所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,其特征在于,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
5.根据权利要求1所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的系统,其特征在于,所述电抗器的取值不小于柔性直流输电系统中换流变压器的短路阻抗的1/5,该换流变压器为第一换流变压器与第二换流变压器中短路阻抗小的那个。
6.一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,其特征在于,在柔性直流输电系统的进线开关与交流母线或交流系统之间串接一限流装置,该限流装置包括交流开关以及与其并联的电抗器;
实时监测交流系统的运行状态,当交流系统正常运行时,限流装置中的交流开关闭合;当交流系统故障且所述进线开关为闭合状态时,断开限流装置中的交流开关,投入电抗器。
7.根据权利要求6所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,其特征在于,所述限流装置的交流开关包括三个,三个交流开关的一端分别连接至交流母线的三相,三个交流开关的另一端相连并连接至所述进线开关;所述电抗器包括三个,分别并接在三个交流开关的两端。
8.根据权利要求6所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,其特征在于,所述交流系统故障为交流系统发生单相接地故障。
9.根据权利要求6所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,其特征在于,所述交流系统故障为第一换流变压器或者第二换流变压器的高压侧发生单相接地故障。
10.根据权利要求6所述的一种应用于柔性直流输电系统抑制单相故障短路电流的方法,其特征在于,所述电抗器的取值不小于柔性直流输电系统中换流变压器的短路阻抗的1/5,该换流变压器为第一换流变压器与第二换流变压器中短路阻抗小的那个。
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