登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
摘要:直流配电网是未来城市配电网的重要组成部分,文章对目前国内外学者关于直流配电网方面的研究工作进行了综述。首先分析了基于两电平VSC换流器和基于模块化多电平换流器的直流系统的故障特征,将故障过程划分为多个阶段,通过理论分析得到了各阶段的故障电流解析表达式。其次介绍了各种适用于直流配电网的故障检测和定位原理,主要包括电压/电流保护、边界保护、纵联保护、分区保护、“握手法”等。然后,通过对比采用交流断路器、利用换流器自清除能力和采用直流断路器的3种故障隔离方案,对直流配电网的故障隔离策略进行了分析。最后从接地方式、保护与控制一体化、故障电流限制等方面,对配电网故障分析与处理的研究提出了建议。
0引言
柔性直流输电技术凭借其在传输容量、线损、可靠性以及有功和无功的独立灵活控制等方面的巨大优势,已经广泛应用于远距离大容量输电领域。而在电压等级较低的中低压配电网领域,直流配电技术虽然也具有可靠性高、线损小、便于光伏等分布式新能源接入等优点,但应用才刚刚起步,目前还仅应用于一些大规模工业园区、船舶供电、轨道交通等领域。随着电力电子技术、储能技术、分布式电源的发展,未来直流配电技术有望广泛应用于城市供电系统,直流配电网是未来城市配电网的重要发展趋势。
虽然柔性直流配电技术相较于传统的交流配电技术拥有众多优势,但其目前还处在发展阶段,依然面临着许多问题。柔性直流配电技术目前的发展瓶颈主要包括以下3点:①直流潮流控制技术;②直流变压技术;③直流故障检测、识别和隔离技术。其中直流故障快速检测、可靠隔离对保证柔性直流配电网的安全可靠运行具有重要意义,也是本文关注的重点。目前国内外学者关于直流系统故障检测识别和隔离技术的研究主要可以分为以下3个方面:
1)直流配电网故障特性分析。
直流配电网故障暂态特性分析是故障检测、定位和隔离的基础,也是直流配电网故障检测、识别、隔离技术的研究难点。直流配电网故障暂态特性受到较多因素的影响,主要包括换流器类型、系统结构以及系统控制策略。故障暂态过程往往是多种因素共同作用下的一个复杂的暂态非线性过程,传统的基于工频电气量的故障特性分析方法显然不再适用于直流配电网。
目前,关于直流配电网故障特性分析方面的研究多采用理论研究与仿真实验相结合的方法,将故障暂态过程分为不同的发展阶段,通过简化等效故障放电回路,求解不同阶段所对应故障电流的解析表达式来对故障暂态过程进行描述。
2)直流配电网故障检测与定位。
直流配电网故障检测与定位是直流配电网继电保护的核心。直流配电系统不同于交流配电系统,其具有“低阻尼”特性,直流故障发生后,故障电流非常大,故障发展过程极快,通常在几个毫秒内就能危及整个直流配电网的安全,因此,要求直流配电网的故障检测与定位策略能够在几毫秒内快速定位故障线路。传统的交流配电网的故障保护方法显然不适用于直流配电网的保护。
如何处理好快速性与可靠性之间的矛盾是直流配电网故障检测与定位需要解决的问题。目前,该领域的研究主要集中于动作速度快的保护新原理的开发。
3)直流配电网故障隔离方法。
直流配电网故障隔离技术是直流配电网继电保护的重要组成部分。未来直流配电网的发展趋势是“直流成网”,因此如何快速、准确地将故障隔离在尽可能小的范围内是故障隔离技术需要解决的问题。
目前,直流配电网故障隔离方法主要包括3种:①交流侧断路器加直流侧隔离开关;②换流器自清除加直流侧隔离开关;③直流断路器。其中交流侧断路器加直流侧隔离开关切除速度较慢,难以满足直流配电网对故障切除速度的要求;换流器自清除加直流侧隔离开关会导致全网断电,且具有自清除能力的换流器拓扑较为复杂,换流站的投资增加;直流断路器能够快速切除故障线路,其故障隔离过程与交流系统相似,但目前直流断路器技术仍处在发展阶段,直流断路器造价昂贵也是不可回避的问题。
本文将从直流配电网故障特性分析、故障检测与定位原理、故障隔离方法3个方面对国内外学者的研究进行归纳总结和综述,并提出自己的一些观点与展望,以期能够对未来直流配电网研究与建设有所裨益。
1直流配电网故障特性分析
直流配电网故障暂态特性分析是故障检测、定位、隔离的基础。采用不同类型的换流器的直流配电网的拓扑结构不同,因此故障特征也存在较大差异,相应的故障暂态特性分析方法不同。本小节将针对目前最为典型的2种换流器拓扑,分别对其故障暂态特性分析的研究现状进行详细的介绍。
1.1 两电平VSC换流器型直流系统故障特性
文献[6]结合理论分析和仿真验证对两电平VSC换流器直流系统单极接地故障的故障暂态特性进行了细致的研究,通过对不同接地方式下直流系统单极接地故障的等效放电回路的分析和仿真,得出了两电平VSC换流器直流系统单极接地故障特性与接地方式相关的结论。文献[7-8]通过对两电平VSC换流器直流系统交流侧不对称故障过程中的等效放电回路的分析,发现换流器交流出口处不对称故障产生的零序分量会通过直流侧储能电容的接地支路形成通路,从而耦合进直流系统,导致正负极储能电容电压出现共模波动现象。针对该现象,文献[9]提出了直流侧电容中点经电阻接地的方法减小故障零序电流,从而减小正负极储能电容电压的共模波动,保持储能电容两端电压的稳定。
极间短路故障是直流配电网最为严重的故障类型,关于两电平VSC换流器型直流系统极间短路故障特性的研究也相对丰富。文献[10-12]将极间短路故障暂态过程中的故障电流分成3个部分,分别是:①换流器直流侧储能电容放电电流;②直流线路电感通过续流二极管提供的故障放电电流;③交流系统通过续流二极管提供的短路电流。故障暂态过程分为如下3个阶段:①直流侧储能电容快速放电阶段;②二极管自然换向导通阶段;③二极管同时导通阶段。其中文献[10-11]指出故障暂态过程①中的故障电流以直流储能电容放电电流为主,并通过对直流储能电容放电二阶电路的求解,推导出了该阶段的故障电流的解析表达式;故障暂态过程②中交流电源和直流储能电容同时向故障点放电,该过程中二极管存在交替导通、关断的换向过程,这种换向过程每发生一次,动态过程就要重新求解一次,通过求解多元状态方程可以得到该过程中交直流侧电压电流的暂态解;故障暂态过程③发生在直流储能电容电压的振荡过零时刻,该过程中电路完全对称,相当于交流侧发生了三相短路,通过求解交流侧三相短路过程中的短路电流得到了此过程的故障电流暂态响应的解析表达式。除此之外,文献[12]还考虑了IGBT闭锁与否对故障稳定后故障电流特性的影响。
1.2 模块化多电平换流器(MMC)型直流系统故障特性
模块化多电平换流器相较于两电平VSC换流器拥有波形质量高、控制灵活、运行损耗小等优势,越来越多的被用于柔性直流输配电领域。其拓扑结构与两电平VSC换流器存在较大差异,尤其是直流侧不含直接并联的储能电容,使得基于模块化多电平换流器的直流系统与基于两电平VSC换流器的直流系统的故障特征存在较大差异。
文献[13]基于仿真对模块化多电平换流器构成的直流配电系统单极接地故障特性进行了研究,主要关注交直流侧不同的接地方式对于直流系统单极接地故障特征的影响,分析比较了不同接地方式的优劣。文献[14]在理论分析的基础上,给出了模块化多电平换流器构成的直流配电系统单极接地故障及极间短路故障的等效放电电路,并以等效放电电路为依据,理论推导了单极接地故障及极间短路故障时的故障电流的解析表达式,需要指出的是该解析表达式的推导过程并没有考虑故障过程中IGBT的闭锁对故障特性的影响,仅适用于IGBT闭锁前的系统故障特性的分析。文献[15-18]详细地分析了模块化多电平换流器构成的直流配电系统极间短路故障的故障特性。其中文献[15]详细阐述了极间短路故障过程中故障等效电路及故障电流解析表达式的推导过程,并通过仿真实验验证了解析表达式的正确性。文献[16-17]将极间短路故障过程分为IGBT闭锁前和闭锁后2个阶段,分别对这2个阶段中的故障暂态特性进行分析,通过理论推导得到了2个阶段故障电流的解析表达式。文献[18]指出换流器桥臂电抗会对极间短路故障后短路电流的流通回路产生影响,文中定义了导通重叠角,根据角的大小,分析了4种稳态短路电流通路,然后分别对这4种短路电流通路下的交直流侧故障电流特性进行了分析,推导出了交流侧和直流侧稳态短路电流的实用计算方法。
无论是两电平VSC换流器还是模块化多电平换流器都不具备故障阻断能力,为了适应未来多端柔性直流配电网的发展趋势,同时避免使用造价昂贵的直流断路器,具有故障自清除能力的换流器的拓扑及故障特征成为近年来的一大研究热点。文献[19]分析了具有故障自清除能力的换流器的故障特征,发现在IGBT闭锁前,其故障特性与模块化多电平换流器的故障特性完全相同,在IGBT闭锁后,交直流系统被完全隔离,直流侧故障电流逐渐衰减为零。
以上研究表明,目前国内外学者对于直流配电网故障特性的研究已初具规模,已经能够用相对准确的解析表达式对故障暂态过程进行描述,但诸如控制系统、接地方式等因素对于故障暂态特性的影响仍没有得到足够的重视。未来一方面需要统一直流配电网的接地方式,另一方面需要考虑各种控制系统对于直流配电网故障特性的影响。另外,更加深入研究直流配电网故障暂态过程,寻找更为精确的解析表达式对故障暂态过程进行更加准确的描述也是未来直流配电网故障分析的发展方向。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星储能网获悉,4月16日,广东韶关市人民政府发布关于印发韶关市推进分布式光伏高质量发展行动。文件明确,积极拓宽光伏多元化应用场景。大力推进光伏建筑一体化建设,积极推动光伏与道路交通、5G基站、大数据中心、充电桩等基础设施建设的融合。积极发展以分布式光伏为主的微电网、直流配电网,扩
4月16日,韶关市人民政府办公室关于印发韶关市推进分布式光伏高质量发展行动方案(2025—2030年)的通知,通知指出,统筹推进分布式光伏建设。继续支持各县(市、区)屋顶分布式光伏有序开发建设工作,综合屋顶资源产权归属、开发难易度、项目成熟度等情况,统筹推进党政机关、学校、医院、大型场馆等
北极星售电网获悉,4月16日,广东韶关市人民政府发布关于印发韶关市推进分布式光伏高质量发展行动。文件明确,积极拓宽光伏多元化应用场景。大力推进光伏建筑一体化建设,积极推动光伏与道路交通、5G基站、大数据中心、充电桩等基础设施建设的融合。积极发展以分布式光伏为主的微电网、直流配电网,扩
近日,山东莱芜供电公司在莱芜羊里街道小增互联台区0.75千伏直流汇集线3号杆,成功开展国内首次带负荷处理线夹发热、带电断(接)分支线引线、带电更换拉线、带电安装验电接地环、带电清除异物等6类作业,实现客户用电“零感知”,填补了国内在低压直流配电网不停电作业领域的空白。与传统不停电作业相
1月2日从电气电子工程师学会标准协会(IEEE-SA)获悉,由浙江宁波供电公司牵头申报的一项国际标准“光储直柔一体化建筑配电网网架结构设计推荐性实践”正式获批立项,这是该公司牵头的首个国际标准。建筑领域是能源消耗和碳排放的主要领域之一。光储直柔建筑供配电技术集光伏发电、配电、用电、储能于
甘肃榆中县马坡乡哈班岔村紧邻国家4A级旅游景区兴隆山,是兰州“秀美兴隆”乡村振兴示范带建设的核心区,近年来清洁低碳用能需求持续增长。10月底,兰州供电公司在该村投运低压交直流柔性混联智慧配电网,助推乡村用能向零碳转变。12月10日,在甘肃兰州东面40千米的马啣山北麓,榆中县马坡乡哈班岔村迎
又一国际标准,正式获批发布!12月19日,从IEEE(电气电子工程师学会)标准协会获悉,由国网江苏电力牵头制定的IEEE标准《1.5千伏~35千伏中压直流变压器技术规范》全票通过,正式获批发布。这是我国主导的首个中压直流变压器领域国际标准,也是国网江苏电力牵头发布的第16个国际标准。标准发布官网截
12月19日,国网经研院发来表扬信,对国网天津经研院专业技术人员支撑国网公司《配电网典型供电模式》修编工作中展现的工作态度、专业素质提出了高度赞扬。为促进公司配电网高质量发展,科学指导“十五五”配电网规划设计工作,加快推动“十五五”配电网规划重大专题研究,按照国网发展部工作要求,国网
在电力系统中,柔性技术通常指灵活的电能变换与控制技术,它基于大功率、高性能的电力电子器件,可实现对电网电压、电流、功率等各类参数的实时调节,具有可控性好、适应性强、响应速度快、智能化程度高等特点。文/特约记者徐梓沐谢浩铠近年来,国网浙江省电力有限公司把多项柔性技术应用于电网建设与
北极星储能网获悉,11月20日,广东韶关市发展和改革局发布征求《韶关市推进分布式光伏高质量发展行动方案(2024—2030年)(征求意见稿)》修改意见公告。文件提出,因地制宜构建综合交通枢纽“分布式光伏+储能+微电网”的交通能源系统,新建港口码头、物流枢纽实现光伏“能装尽装”。支持适用型技术产
11月20日,广东省韶关市发改委发布《韶关市推进分布式光伏高质量发展行动方案(2024—2030年)(征求意见稿)》,《方案》提出,力争在2025年屋顶分布式光伏覆盖率达到可建设面积的40%,2030年屋顶分布式光伏并网装机规模达到可建设面积的65%。严控地面分布式光伏开发。按市场化原则,加强用地管理,充
最近,国网江苏省电力有限公司调控中心顺利完工江苏苏州500千伏太仓变电站继电保护改造工程,率先在华东地区实现了全电压等级继电保护装置国产化率100%的成就,引领了继电保护装置国产化的新征程。读完这则消息,笔者生出许多感慨来。以往,江苏的继电保护装置大多依赖进口。但随着时间的推移,设备老
为提高供电继电保护作业人员的安全意识和安全作业水平,牢牢坚守电力系统安全稳定运行的第一道防线,最近,国网江苏省电力有限公司调控中心牵头开发上线的220千伏及以上继电保护安全作业专题微课,在苏电e学堂闪耀登场,为电力安全保障工作开辟了新的路径。国网江苏省电力有限公司调控中心携手技培中心
4月14日,随着一声指令下达,一道人工模拟的单相瞬时接地短路电弧在甘肃金昌330千伏东大滩变电站出线1.4千米处瞬间触发。仅仅2毫秒后,东大滩变电站2号主变压器中压侧快速开关精准动作,成功接入故障限流装置,标志着验证110千伏环保快速开关型故障限流装置性能的人工接地短路试验成功。当天,该装置在
4月8日,吉林省内500千伏庆德变新建工程、500千伏茂胜变扩建工程负荷模拟式继电保护向量测试圆满完成。此次试验既是吉林省内首次应用这一新技术,更是东北地区500千伏电网首次开展非同源和同源两种技术原理对比验证,为新型继电保护向量检查技术的标准化推广奠定了实践基础。继电保护是保障电网安全稳
4月15日,浙江能监办发布《关于进一步提升浙江省新能源和新型并网主体涉网安全能力的通知(征求意见稿)》。文件提出,110kV及以上风电场、10(6)kV及以上光伏和10(6)kV及以上电化学储能应具备紧急控制、一次调频、有功控制、无功控制、高电压穿越、低电压穿越功能目满足相应的电压适应性、频率适应性要求
北极星售电网获悉,4月15日,河南巩义中孚实业源网荷储一体化项目(一期)勘察设计(二次)中标候选人公示,第一中标候选人为河南交投设计咨询有限公司,投标报价54.94元。勘察设计服务期限暂定20日历天。本项目利用连霍高速、焦桐高速、焦平高速沿线边坡及互通区等进行源网荷储一体化项目建设,一期项
北极星售电网获悉,4月14日,广州市花都区人民政府发布关于印发花都区支持新能源产业高质量发展的十条措施的通知。文件提出,加强招引设计研发咨询、检验检测、供应链服务、数据服务和交易、综合能源服务、虚拟电厂等生产性服务企业,对年营业收入达到1亿元以上的,每年度按照年营业收入的1%给予最高30
4月14日,广州市花都区人民政府办公室关于印发花都区支持新能源产业高质量发展的十条措施的通知,通知指出,充分发挥白云国际机场、广州北站国际空铁枢纽优势,智能新能源汽车、现代物流等产业市场需求大的优势,以建设“广东省首批碳达峰碳中和试点”“广东省首批县域‘光伏+建筑’应用试点”、广州市
使命开篇:一场与时间赛跑的使命2025年初春,华北平原的风依旧凛冽。在国网冀北超高压公司500千伏霸州变电站内,一场关乎电力系统安全与效率的技术攻坚战正悄然展开。由长园深瑞公司和中国电力科学研究院联合研发的“高灵敏干式空心电抗器匝间保护装置”即将在国网冀北超高压公司霸州变电站迎来国网首
3月31日,在冀北廊坊霸州变电站333号干式空心电抗器保护屏柜内,电抗器“听诊器”——中国电科院创新研发的匝间保护装置正监测空心电抗器状态,显示“A相电抗器电压35千伏,电流980安培”。干式空心电抗器是变电站内的重要组成部分。但受限于结构特性,干式空心电抗器发生匝间短路故障早期电气参数变化
2025年3月18日-19日,由北极星电力网、北极星风力发电网与中国电力设备管理协会新能源运维专委会联合主办的第四届风电运维技改研讨会在北京盛大召开。在研讨会上,北京信普达系统工程有限公司总经理刘国贤表示,风电企业传统培训模式面临培训教师短缺、培训设施有限、培训效率低,设备结构原理、故障机
续接上文,源网荷储四要素电气设备之间的连接都需要找到汇聚点,不论是交流方式还是直流方式,能量的汇聚都需要一个母线。(来源:微信公众号“黄师傅说电”)这条母线也是用户表后小型配网的母线,虽然母线的英文是BUS,但翻译过来却叫做“节点”,所以相当于说通过母线的形式把源网荷储接到了同一个
2024年我国持续推动“双碳”战略和“新基建”建设,新能源、新型电力系统、充电桩等政策机遇带来输变电设备需求新的增长点。在此背景下,公司紧抓新能源行业高速发展、电网投资加速增长的机遇,持续聚焦输变电设备制造主业,深入实施大集团客户营销战略和“铁三角”营销模式,大力拓展新能源发电、电网
4月23日,国网湘潭供电公司组织运维人员对220千伏西湖变电站和110千伏马家岭变电站开展雨后设备巡视,另一组运维人员同步利用远程智能巡视系统查看变电站设备运行状态,确保电网设备在汛期安全稳定可靠运行。近期,湘潭地区遭遇了连绵不断的雷雨天气,给电网运行带来不小的挑战。该公司制定了详细的排
最近,国网江苏省电力有限公司调控中心顺利完工江苏苏州500千伏太仓变电站继电保护改造工程,率先在华东地区实现了全电压等级继电保护装置国产化率100%的成就,引领了继电保护装置国产化的新征程。读完这则消息,笔者生出许多感慨来。以往,江苏的继电保护装置大多依赖进口。但随着时间的推移,设备老
晨光穿透薄雾,为±800千伏陕北换流站的钢铁构架镀上金边。在陕北换流站年度检修现场,安全管理人员紧盯现场监控屏幕——屏幕上实时显示着作业面检修专业人员动态、吊车吊臂移动情况。“嘀——”突然,空间电子围栏发出蜂鸣声,原本专注接线的检修专业人员迅速退回安全区域。人员进入检修现场后,一张
国网陕西省电力有限公司2025年第二次物资集中规模招标采购项目推荐的中标候选人公示(采购编号:W-2025-SNGW-Z02)
在全球能源转型加速、电力行业迈向“双碳”目标的关键时期,环保型高压输配电设备正成为行业发展的核心方向。作为中国电气装备领域的领军企业,西安西电开关电气有限公司(以下简称“西开电气”)以创新为驱动,以环保为使命,成功研发出126kV真空环保型气体绝缘金属封闭开关设备(GIS),为电力行业的
4月14日,随着一声指令下达,一道人工模拟的单相瞬时接地短路电弧在甘肃金昌330千伏东大滩变电站出线1.4千米处瞬间触发。仅仅2毫秒后,东大滩变电站2号主变压器中压侧快速开关精准动作,成功接入故障限流装置,标志着验证110千伏环保快速开关型故障限流装置性能的人工接地短路试验成功。当天,该装置在
4月13日,±400千伏拉萨换流站扩建工程7台换流变压器、2组换流阀、5台平波电抗器等核心主设备安装完成,工程建设取得阶段性进展。拉萨换流站扩建工程位于拉萨市林周县,在原址新增220千伏线路2回,安装换流变压器7台、换流阀2组,更换220千伏断路器2台,在直流场新增改造断路器4台,将直流输送功率由60
2025年ABB电气展车全国巡展计划历时8个月,走遍全国60余座城市ABB作为电气问题解决专家,提供从发电端到用电端的创新技术和解决方案,帮助客户应对未来能源领域的各类挑战和难题焕新升级的ABB电气展车亮相,全方位展示ABB创新的中低压配电产品及解决方案,推动能源转型和产业升级在中国“双碳”目标加
记者17日从中国国家电网有限公司西宁供电公司获悉,中国首台搭载全自动失电自启动系统的1000千瓦中压发电车近日投入使用。在青海省西宁市10千伏山五路变电站更换电流互感器现场,中国首台搭载全自动失电自启动系统的1000千瓦中压发电车于16日成功启动并平稳交接负荷,实现城市配电网与发电车电源无缝切
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!