【摘 要】
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建设基于模块化多电平换流器的柔性直流电网是实现可再生能源大规模传输的优选方案,然而,低惯性、弱阻尼的特性使其承受着严重的直流故障电流。现有关于直流电网直流故障的研究主要关注于故障限流或清除,在之后的恢复方面则存在一定不足,多数研究只聚焦于直流系统中单台设备的重启,例如直流断路器的重合闸;还有部分工作虽然对多端直流系统的恢复展开研究,但由于只聚焦于特定的工程,在适用性方面还存在一定缺陷。研究直流电网
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“柔性直流电网故障电流抑制的基础理论研究”(2018YFB0904600)课题四“故障电流抑制的协调配合方法”;
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建设基于模块化多电平换流器的柔性直流电网是实现可再生能源大规模传输的优选方案,然而,低惯性、弱阻尼的特性使其承受着严重的直流故障电流。现有关于直流电网直流故障的研究主要关注于故障限流或清除,在之后的恢复方面则存在一定不足,多数研究只聚焦于直流系统中单台设备的重启,例如直流断路器的重合闸;还有部分工作虽然对多端直流系统的恢复展开研究,但由于只聚焦于特定的工程,在适用性方面还存在一定缺陷。研究直流电网的直流故障恢复策略对于直流电网的安全稳定运行及建设发展都具有重大意义,针对此问题,论文的主要研究工作如下:首先,本文提出了一种简化的柔性直流电网直流故障等效模型,并推导了一种通用的直流电网故障电流分析计算方法,能够高效地求解任意规模和拓扑结构的直流电网故障电流,从而直观地得出了直流故障电流幅值高、上升快的特点,体现了对故障限流的客观要求。接着详细介绍了直流断路器、故障限流器、直流变压器等具有故障限流或隔离功能的设备,并对这些设备在直流故障保护和恢复过程中的动作逻辑展开分析,为直流电网的恢复策略奠定了基础。其次,本文从分析直流电网进行多端协同恢复的必要性出发,同时基于远后备保护的研究需要,进行了直流电网一级保护与二级保护的划分,一级保护旨在依靠本线路两侧的设备将故障线路与电网非故障部分隔离,当一级保护中的直流断路器开断失败时,需要依靠二级保护,即其他线路两侧的设备来完成故障隔离。同时,本文也保留了传统直流故障检测范畴的主保护与近后备保护概念。接着,结合故障性质、故障隔离装置是否正确动作以及运行人员的决策倾向,本文提出了直流电网的多种恢复情况,并归纳了直流线路典型故障点与直流母线典型故障点,又详细介绍了本文所搭建的含有各类典型故障点的多电压等级直流电网模型。最后,本文结合各类典型故障点的不同故障情况,提出了具有一定通用性,利用多端、多设备协同的柔性直流电网直流故障后的恢复策略,并总结了直流电网的直流故障恢复原则。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,本文所提策略能使直流电网快速恢复运行,且能够确保过电流与过电压水平处于安全限度内,同时不导致功率盈余现象的发生。本文的研究结果能为工程运行提供现实的借鉴意义,例如所提断路器失灵时的应对策略,可作为后备程序在电网设备中安装使用。
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