CN109149614A - 一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，高压直流输电***中，受端交流***支撑强度是影响其换相过程的重要因素之一。针对交直流***受端交流线路不同重合闸方式跳闸对于***SCR的影响，通过计算故障线路三相断路器跳闸后的临界短路比CSCR3和***短路比SCR，并比较CSCR3和SCR的大小确定该线路的重合闸方式；当故障线路三相跳闸后的短路比小于等于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路比时，交流输电线路采用单相重合闸方式可防止故障跳闸期间发生的连续换相失败从而导致的***失稳。当故障线路三相跳闸后的短路比大于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路比时，交流输电线路采用三相重合闸方式可增大故障跳闸期间直流输送功率。

Description

一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法
技术领域
本发明属于电力***技术领域，具体涉及一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方 法。
背景技术
高压直流输电(HVDC)相比于传统的交流输电具有传送功率大、线路造价低、控制方便 迅速、两端***可以非同步并网等优点。随着我国电力行业的快速发展，我国已建成全世界规 模最大的交直流混联大电网。
直流换相失败引起的连锁故障是交直流混联电网的主要问题。换相失败发生时，可能会导 致交流母线电压下降、直流电流增大、直流输送功率降低、缩短换流阀的使用寿命、换流变直 流偏磁等问题，甚至会使直流输送功率中断，直流***阀组闭锁甚至极闭锁。在多馈入直流系 统中，换相失败的问题更严重。
即将关断的换流阀的换相电压幅值跌落是换相失败的根本原因。逆变器运行过程中的熄弧 角(或关断角)的大小直接决定了换流阀能否成功关断，当关断角小于换流阀的固有极限关断 角时，换流器换相失败。逆变侧交流***故障是造成换相失败故障的最主要原因，当交流线路 发生故障时，使交流母线电压幅值降低、相位偏移和波形畸变，换流站出现大量的无功缺额， 若无功补偿装置不足以满足换流站的无功消耗，进而发生逆变器的换相失败故障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种交直流混联***交 流线路重合闸方式整定方法，利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立特高压直流输电系 统模型，验证了交直流***不同短路比时交流线路重合闸方式对于直流***换相的影响。
本发明采用以下技术方案：
一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，当输电线路发生单相接地故障时保护 启动，计算受端交流***故障线路采用三相重合闸方式三相跳闸后***临界短路比CSCR3和跳 闸后***的短路比SCR并进行比较，根据比较结果选择重合闸方式。
具体的，针对单馈入的高压直流输电***，受端交流***故障线路三相跳闸后***临界短 路比CSCR3计算如下：
其中，U为故障线路三相跳闸后的换流母线交流电压；Pd、Qd为故障线路三相跳闸后的 直流***有功和无功功率；γ为熄弧角；μ为换相角；Qc为故障线路三相跳闸后的换流站无功 补偿容量；θ为故障线路三相跳闸后的交流***等值阻抗角。
进一步的，换流器所消耗的无功功率Qd计算如下：
其中，α为触发角，Pd为换流站直流侧有功功率，为换流站功率因数角。
具体的，受端交流***故障线路三相重合闸跳闸后短路比SCR计算如下：
其中，Sac为故障线路三相跳闸后的换流母线处交流***的三相短路容量；UN为换流母线 额定线电压；PdN为换流器额定功率；Z为交流***等效阻抗。
具体的，当故障线路三相跳闸后的短路比小于等于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路 比时，交流输电线路采用单相重合闸方式，跳开故障相断路器。
具体的，当故障线路三相跳闸后的短路比大于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路比 时，交流输电线路采用三相重合闸方式，跳开三相断路器。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，通过改变自适应重合闸方式， 可以减小直流***换相失败的发生概率，保证***稳定运行和保证直流功率的传输，临界短路 比CSCR3是衡量交流***强度的判断标准，当SCR较小时，额定工作点位于临界短路比左侧， 此时***无法运行在稳定状态，因为在极弱的交流***中并联电抗和电容的切换会在补偿装置 附近产生严重的动态过电压，且抗干扰能力很差，有较小扰动的存在极有可能造成***的失稳， 产生一系列更为严重的问题。
进一步的，高压直流输电相比于传统的交流输电具有传送功率大、线路造价低、对于直流 电压电流功率的控制方便且迅速、两端***可以非同步并网等优点。
进一步的，当故障线路三相跳闸后的***短路比小于或等于对应线路三相跳闸后计算的临 界短路比时，交流线路采用单相重合闸方式可以有效避免故障跳闸期间换相失败故障的发生。
进一步的，当故障线路三相跳闸后的***短路比大于对应线路三相跳闸后计算的临界短路 比时，交流线路采用三相重合闸方式可增大故障跳闸期间直流输送功率。
综上所述，本发明提出了一种针对于单馈入交直流***中受端交流线路的重合闸方式整定 策略，通过此方法在受端交流***支撑强度较弱时可以有效避免换相失败故障的发生，受端交 流***支撑强度较强时，可以有效提高故障跳闸期间直流输送功率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明中仿真模型示意图；
图2为本发明中SCR＝2.024时不同重合闸方式熄弧角对比图；
图3为本发明中SCR＝2.825时不同重合闸方式熄弧角对比图；
图4为本发明中SCR＝2.994时不同重合闸方式熄弧角对比图；
图5为本发明中SCR＝5不同重合闸方式熄弧角对比图；
图6为本发明中SCR＝5不同重合闸方式直流功率对比图；
图7为本发明实施步骤流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，针对交直流***受端交 流线路不同重合闸方式跳闸对于***SCR的影响，给出受端故障交流线路三相跳闸后的临界短 路比CSCR3的具体计算方法，利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立单馈入特高压直流 输电***模型，验证不同交流***短路比时的交流线路重合闸方式对于直流***换相的影响， 通过改变受端交流***短路比，对比两种合闸方式与直流***逆变侧各相应数据的关系，从减 小对直流侧发生换相失败概率的角度提出逆变侧交流输电线路重合闸方式的整定策略。
请参阅图7，本发明一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，通过改变自适应 重合闸方式减小直流侧发生换相失败概率方法，具体步骤如下：
S1、保护启动；
S2、计算受端交流***故障线路采用三相重合闸跳闸后***临界短路比CSCR3；
由于故障线路三相断路器跳开后会改变直流输送功率，换流母线电压，换流站无功等因素， 进而导致临界短路比的改变，故障跳闸后需重新计算***临界短路比CSCR3。
IEEE给出了针对单馈入的特高压直流输电***的临界短路比CSCR的具体计算公式：
其中，U为故障线路三相跳闸后的换流母线交流电压；Pd、Qd为故障线路三相跳闸后的 直流***有功和无功功率；γ为熄弧角；μ为换相角；Qc为故障线路三相跳闸后的换流站无功 补偿容量；θ为故障线路三相跳闸后的交流***等值阻抗角。
换流器所消耗的无功功率Qd的具体公式：
其中，α为触发角，Pd为换流站直流侧有功功率，为换流站功率因数角。
S3、计算受端交流***故障线路三相重合闸跳闸后短路比SCR；
直流输电***中短路比SCR用换流母线处交流***三相短路容量除以直流额定输送功率 来表示。
其中，Sac为换流母线处交流***的三相短路容量；UN为换流母线额定线电压；PdN为换 流器额定功率；Z为交流***等效阻抗。
计算故障线路采用三相重合闸方式跳闸后受端交流***等值阻抗，进而根据式(4)求得 此故障线路三相重合闸短路比SCR。
S4、比较SCR和CSCR3的大小。
当故障线路三相跳闸后短路比小于等于故障线路三相跳闸后所计算的临界短路比时，交流 输电线路采用单相重合闸方式，跳开故障相断路器，可防止故障跳闸期间发生的连续换相失败 从而导致的***失稳；当故障线路三相跳闸后的***短路比大于故障线路三相跳闸后所计算的 临界短路比时，交流输电线路采用三相重合闸方式，跳开三相断路器，可增大故障跳闸期间直 流输送功率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分 实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通 过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并 非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实 施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本 发明保护的范围。
仿真结果如下：
基于PSCAD/EMTDC建立如图1所示交直流***仿真模型，该模型为基于一实际***建 立的双极±800kV特高压单馈入直流输电***，逆变侧交流电源经两条并联交流输电线路与直 流***相连，交流电压等级为500kV，交流输电线路长度100km，直流***双极额定输送功率 5000MW，每极由两个十二脉波换流器串联而成，单极的四个换流变压器分别与两个十二脉波 换流桥相连，分别为Y/Y，Y/Δ，Y/Y，Y/Δ接线方式。直流控制部分采用基于CIGRE模型的 控制策略。整流侧采用定电流控制搭配低压限流控制，逆变侧采用定熄弧角控制，并配合定电 流，低压限流环节和电流偏差矫正的控制策略。基于以上模型，对上述合闸整定方案进行仿真 验证。
本仿真模型中逆变侧越前触发角β＝40°，换相角μ＝22°，求得 Qd＝2919.183Mvar，换流站设置无功补偿容量为Qc＝2860Mvar，三相跳闸后换流母线电压 幅值下降为91.88％，直流有功功率下降为88％，无功消耗2568.72Mvar，变为将上述数据代入式(1)，计算得到L2线路三相跳闸后的临界短路比CSCR＝1.7473。
将CSCR＝1.7473作为本发明***对称时L2线路经三相重合闸跳闸后换流站是否发生换 相失败故障的判据，记为CSCR3。即当***短路比小于CSCR3＝1.7473时，交流***支撑强度 无法满足换相从而导致换相失败故障的发生，当***短路比大于CSCR3＝1.7473可以完成换 相。
请参阅图2和图3，分别对比了对于L2线路故障，随着***短路比逐渐增大的逆变侧熄 弧角变化曲线。对比图2和图3可得：在1s时交流线路L2线路中点发生单相短路接地故障， 故障瞬间逆变侧熄弧角跌落至零，发生换相失败故障，换流母线电压与直流输送功率分别由不 同程度跌落，0.06s后断路器动作，再过1s后断路器重合成功。线路采用单相重合闸方式时， 断路器跳闸后，***经过一段时间的震荡，逐渐恢复稳定运行，并且可以有效避免连续换相失 败的发生，并且随着***短路比的增大，线路采用单相重合闸方式时逆变侧熄弧角恢复更快， 单相重合闸方式的优势更为明显，而线路采用三相重合闸方式时，断路器跳闸后，***发生失 稳，逆变侧发生连续的换相失败故障，无法维持直流功率的输送。
因此，当***短路比较小时，受端交流线路采用三相重合闸方式不足以满足线路跳闸后系 统的稳定运行，采用单相重合闸方式，可以保持故障跳闸后的直流功率的传输而不至于导致系 统失稳。
请参阅图4，交流线路采用三相重合闸方式，故障跳闸后***短路比处于对称***临界短 路比整定值前后逆变侧熄弧角的波形对比。***短路比为2.994时，L2线路三相断开后*** 短路比变为1.784，即仿真结果显示，***对称时线路采用三相重合闸断路器跳开后的***临 界短路比值为1.784左右，与计算结果CSCR＝1.7473误差在可接受范围。
请参阅图5和图6，为***SCR＝5时，逆变侧熄弧角和直流传输功率的波形。图中可以 看出，随着***短路比的增大，三相重合闸的优势更为明显。在交流***短路比足够大的情况 下，重合闸方式在断路器跳闸期间对于直流***的影响区别程度减小，熄弧角与换流母线电压 跌落程度相类似，但是三相重合闸方式相比于单相重合闸方式在跳闸期间直流***有更高的输 送功率，而且三相重合闸避免了非全相运行和潜供电流问题，故通常交流***强度较大的情况 下，交流线路通常选用三相重合闸方式，仿真验证结果与上述合闸整定策略相一致。
通过上述方式，本发明提出一种交直流混联***交流线路重合闸方式的整定方法。当故障 线路三相跳闸后的***短路比小于对应线路三相跳闸后计算的临界短路比时，该故障交流输电 线路采用单相重合闸方式可防止故障跳闸期间发生的连续换相失败从而导致的***失稳。
当故障线路三相跳闸后的***短路比大于或等于对应线路三相跳闸后计算的临界短路比 时，该故障交流输电线路采用三相重合闸方式可增大故障跳闸期间直流输送功率。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明 提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之 内。

Claims (6)

1.一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，当输电线路发生单相接地故障时保护启动，计算受端交流***故障线路采用三相重合闸方式三相跳闸后***临界短路比CSCR3和跳闸后***的短路比SCR并比较，根据比较结果选择重合闸方式。
2.根据权利要求1所述的一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，针对单馈入的高压直流输电***，受端交流***故障线路三相跳闸后***临界短路比CSCR3计算如下：
其中，U为故障线路三相跳闸后的换流母线交流电压；Pd、Qd为故障线路三相跳闸后的直流***有功和无功功率；γ为熄弧角；μ为换相角；Qc为故障线路三相跳闸后的换流站无功补偿容量；θ为故障线路三相跳闸后的交流***等值阻抗角。
3.根据权利要求2所述的一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，换流器所消耗的无功功率Qd计算如下：
其中，α为触发角，Pd为换流站直流侧有功功率，为换流站功率因数角。
4.根据权利要求1所述的一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，受端交流***故障线路三相重合闸跳闸后短路比SCR计算如下：
其中，Sac为故障线路三相跳闸后的换流母线处交流***的三相短路容量；UN为换流母线额定线电压；PdN为换流器额定功率；Z为交流***等效阻抗。
5.根据权利要求1所述的一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，当故障线路三相跳闸后的短路比小于等于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路比时，交流输电线路采用单相重合闸方式，跳开故障相断路器。
6.根据权利要求1所述的一种交直流混联***交流线路重合闸方式整定方法，其特征在于，当故障线路三相跳闸后的短路比大于对应线路三相跳闸后所计算的临界短路比时，交流输电线路采用三相重合闸方式，跳开三相断路器。
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