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柔直电网直流电源线路短路过程中直流过电压分

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-14 10:11    点击量:

    1项目背景柔性直流电源组网后,当直流电源线路发生短路故障时,故障的发展过程以及因此带来的运行风险与两端或者多端柔性直流电源输电工程有很大的不同.当直流电源线路发生短路故障时,故障侧换流站闭锁,继而直流电源断路器动作切断故障线路,此时换流器直流电源输出端口出现直流电源过电压,该过电压是配备了直流电源断路器的直流电源电网所特有的.

柔直电网直流电源线路短路过程中直流过电压分
    2论文所解决的问题及意义本文将分别对柔直电网近送端和近受端换流站直流电源线路短路故障后的直流电源过电压进行分析,详细描述直流电源断路器动作前后直流电源过电压的发展过程以及机理,并提出相应的抑制措施,为今后直流电源断路器在柔性直流电源电网中的工程应用提供参考.

    3论文重点内容当近送端换流站直流电源线路短路故障时,故障侧换流站闭锁,继而直流电源断路器动作切断故障线路,最后换流站解闭锁,此时近故障换流站的直流电源电压曲线如图1所示.对于近送端换流站直流电源线路短路故障,故障过程可以分为三个过程.

    直流电源电压曲线图1 直流电源电压曲线第一个过程为故障发生到换流站闭锁前这段时间,换流站子模块电容将会向故障点发电,此时的直流电源等效电路如图2所示.在电容放电的过程中,电容电压降低,因此直流电源电压降低,如图1中a阶段电压曲线所示.

    第一阶段直流电源等效电路图2 第一阶段直流电源等效电路第二个过程为换流器闭锁至直流电源断路器动作这段时间.换流站闭锁后,子模块将通过二极管续流,继续向故障点馈入电流.此时的直流电源等效电路如图3所示.由图3可以看出,此时交流侧发生三相短路故障,直流电源电压接近于0,如图1中b阶段电压曲线所示.

    第二阶段直流电源等效电路图3 第二阶段直流电源等效电路第三阶段为切除故障线路到换流站解除闭锁前这一段时间.当故障切除后,由于直流电源线路限流电抗器的存在,导致直流电源线路上的电流不能发生突变.因此,原来流入故障点的电流降会流入近故障侧换流站,子模块通过二极管续流给子模块电容充电,在充电过程中直流电源侧会出现直流电源过电压,如图1中c阶段电压曲线所示.

    近受端直流电源线路短路故障的分析过程与上述过程一致,但是由于近受端直流电源线路故障时故障电流更大,因此近受端直流电源线路发生短路故障时产生的直流电源过电压更高.

    4结论直流电源线路发生短路故障后,直流电源电流通过非故障线路向故障点馈入电流,故障线路清除后,由于直流电源线路限流电抗器和桥臂电感的存在,无故障线路的直流电源电流方向不能突变,无故障线路上的直流电源电流将流入故障侧换流站,故障侧换流站尚处于闭锁状态,从而导致故障侧换流站输入功率大于输出功率,引起故障侧换流站输入输出功率不平衡,子模块将通过二极管续流给电容器充电,引起直流电源过电压.

    引文信息李英彪,卜广全,王姗姗,等. 张北柔直电网工程直流电源线路短路过程中直流电源过电压分析[J]. 中国电机工程学报,2017,37(12):1-9.

    Li Yingbiao, Bu Guangquan, Wang Shanshan, et al. Analysis of DC Overvoltage Caused by DC Short-circuit Fault in Zhangbei VSC-Based DC Grid [J]. Proceedings of the CSEE,2017,37(12):1-9(in Chinese).

    作者简介中国电力科学研究院电力直流电源系统研究所主要从事包括电力直流电源系统仿真与分析技术、电网安全稳定控制技术、电力直流电源系统规划、电力直流电源系统过电压及电磁暂态等方面的研究,在电力直流电源系统仿真建模和软件开发、电力直流电源系统仿真分析及直流电源系统调试等技术领域处于行业主导地位.

    柔性直流电源电网研究小组致力于柔性直流电源电网的机电暂态和电磁暂态建模、柔性直流电源电网的稳定运行与控制技术、交直流电源电网的交互影响等多方面的研究.研究小组目前有教授级高级工程师2名,高级工程师1名,博士研究生4名.先后参与了多项直流电源输电工程的安全运行相关工作.

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