PDF《直流电网潮流控制与短路控制复合装置》

直流电网潮流控制与短路控制复合装置 叶晗1 ,陈武1 ,薛晨炀1 ,朱旭2 ,梅军1 ( 1.

东南大学先进电能变换技术与装备研究所,江苏省南京市

2 1

0 0

9 6;

2. 国网江苏省电力有限公司南京供电公司,江苏省南京市

2 1

0 0

0 8 ) 摘要:随着高压直流输电的发展和直流电网结构的日益复杂, 直流系统的潮流调节和短路故障问 题日益突出.基于多端柔性直流输电系统的潮流控制和短路故障抑制技术, 文中提出了一种用于 直流电网的兼具直流潮流控制和短路故障切除的多功能复用装置.该装置不仅能实现潮流在线路 之间的灵活控制, 而且能够实现对故障电流上升速率的限制和对短路故障的切除.对一个加装了 该复合装置的三端直流环网进行研究, 分析该复合装置的工作原理、 控制策略及运行特性.最后, 在PLECS软件中搭建了仿真模型, 验证了该装置及其控制策略的可行性和有效性. 关键词:直流输电系统;

潮流控制;

短路故障;

复合装置 收稿日期:

2 0

1 8 -

0 5 -

2 9;

修回日期:

2 0

1 8 -

0 6 -

1 2. 上网日期:

2 0

1 8 -

1 0 -

1 6. 国家重点研发计划资 助项目(

2 0

1 8 Y F B

0 9

0 4

6 0 4) ;

先进输电技术国家重点实验室开放基金资助项目( G E I R I - S K L -

2 0

1 7 -

0 1

0 ) .

0 引言 多端直流输电和直流电网技术是解决可再生能 源并网的有效措施, 是电力系统未来发展的重要方 向之一[

1 -

3 ] .随着直流电网范围扩大、 直流节点数增 加以及电网结构的复杂化, 直流系统的潮流控制和 短路问题将更加突出.当潮流控制自由度不够时, 可能会导致某些线路过负荷, 甚至影响整个电网的 运行[ 4] .另外, 由于直流电网的低阻性, 短路电流上 升非常快、 峰值很大;

当短路故障发生时, 直流侧并 联电容向故障点快速放电, 短时间内较大短路电流 将注入故障点, 可以在几毫秒之内达到额定电流的 几十倍甚至上百倍[

5 -

6 ] .此外, 直流线路一旦发生故 障, 不仅可能损坏换流站器件, 而且故障可能会在短 时间内扩散至整个系统, 使系统的潮流迅速崩溃, 危 及整个直流电网安全.考虑到目前的故障定位和直 流断路器的技术水平, 亟须对短路电流进行有效抑 制, 并及时切除故障线路[ 7] . 直流电网潮流仅与线路电压和电阻有关, 调节 线路电阻和电压可以有效调节电网潮流.文献[

8 -

9 ] 提出了可变电阻器方案, 可变电阻型潮流控制器 结构简单, 控制灵活, 但通态损耗大.文献[

1 0 -

1 1] 提出了直流变压器调节方案, 通过控制开关管占空 比来改变变压器两端压差, 该方案可以有效地调节 系统潮流, 并具有一定的故障隔离能力.此外, 由于 装置串联在直流系统中, 所以该潮流控制器承受系 统级功率和电压, 因此高压场合可以采用文献[

1 2 -

1 3 ] 的模块化多电平换流器( MMC) 技术, 减少器件 所受应力.文献[

1 4 ] 提出了一种基于晶闸管的可调 电压源电路结构实现潮流调节.该方法的调节范围 大, 但是所需的器件多, 且可能给交流系统注入谐 波[

1 5 -

1 6] .线间潮流控制器无需外部电源, 只利用线 路之间的功率交换即可等效给线路串入电压源, 从 而实现潮流的调节.文献[

1 7 -

1 9] 提出了一种线间 潮流控制方案, 该方案不需要承受系统级的高电压, 且不需要外部电源与之交互, 成本低, 损耗低, 但会 引入电压纹波. 由于直流电网短路故障电流的上升速度快、 峰 值大、 不存在自然过零点等问题, 使得直流故障断路 器成为直流电网发展的主要挑战.目前直流断路器 主要分为三类: 机械型、 固态型和混合型断路器.机 械型直流断路器一般基于传统交流断路器, 增加振 荡回路, 使得短路电流切除过程中产生过零点.固 态型断路器是主要采用大功率电力电子器件, 具有 开关速度快、 可靠性高等优点[