CN110212505B - 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法 - Google Patents

基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110212505B
CN110212505B CN201910449385.2A CN201910449385A CN110212505B CN 110212505 B CN110212505 B CN 110212505B CN 201910449385 A CN201910449385 A CN 201910449385A CN 110212505 B CN110212505 B CN 110212505B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
direct current
transmission system
flexible direct
fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910449385.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110212505A (zh
Inventor
郭佩乾
袁志昌
陆超
余昕越
魏应冬
屈鲁
余占清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201910449385.2A priority Critical patent/CN110212505B/zh
Publication of CN110212505A publication Critical patent/CN110212505A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110212505B publication Critical patent/CN110212505B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，属于直流输电技术领域。本方法针对模块化多电平柔性直流输电***发生直流侧线路故障时，计算直流线路限流电抗配合超导限流器来抑制故障电流而保证多电平换流器在不闭锁情况下完成故障的清除。本发明方法改进选取固定阻抗的带入计算方法，基于最小二乘法将超导限流器阻值分段线性化拟合而优化求解。本发明方法可计算出基于超导限流器动态阻值影响下限流电抗合理取值裕度，有效提升***稳定性及动态响应能力，对未来实际工程具有指导与借鉴意义。本发明方法综合考虑了多种一次设备参数之间的配合，更加合理选取一次设备，提高一次设备利用效率，降低***投资成本提高经济性。

Description

基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法
技术领域
本发明涉及一种基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，属于直流输电技术领域。
背景技术
柔性直流输电***(Voltage Source Converter-High Voltage DirectCurrent，VSC-HVDC)由于不必考虑相联的交流***的频率与相位问题，互联***之间的干扰与影响小，可以快速准确地控制传送功率等优点可有效提升***的稳定性。然而相较于交流***，柔性直流***由于自身阻抗较小，因此当发生故障时短路电流上速度极快，伴随柔性直流***自身故障电流无自然过零点，导致柔性直流***故障清除困难增加。
从提高直流输电网供电可靠性角度，利用直流断路器进行故障隔离可以有效实现在最小范围内有选择性的故障隔离功能。但鉴于目前直流短路器的发展瓶颈，如开断速度以及开断容量等问题，基于相关限流技术以降低对直流断路器的动作以及容量要求则成为未来发展的所需。通过分析可知，在直流线路侧装配限流电抗可以有效抑制故障电流，对直流故障电流的动态特性有重要影响。然而该方案主要矛盾集中在电感参数选取上，考虑到***的稳定性、动态响应速度以及网架等因素，直流输电网中无法装设过大的限流阻抗，因此限流能力也比较有限。
超导限流器(以下简称SFCL，Superconducting Fault Current Limiter)由于不同状态下变化阻值特性，配合直流侧限流电抗器可有效抑制故障电流幅值及蔓延速度而进入再次研究人员的视线。不同于传统被动式限流器较恒定阻抗特性，超导限流器进入耗散状态的暂态过程中，磁通流阻的过渡过程会使其阻抗随超导态至失超态间变化同时动态变化。此时，采用选取的某一时刻固定阻抗值在不同故障阶段进行限流分析已不再适用，特别对故障初期，实际超导限流器本身能量累积不足而阻抗过小，而预想效果则较乐观，造成限流电抗选取不当对***稳定性造成影响。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，在考虑超导限流器动态变化阻抗值的柔性直流***中，计算合理的限流电抗范围，以提升***响应能力和稳定性。
本发明提出的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取，包括以下步骤：
(1)构建带有超导限流器的双端模块化多电平柔性直流输电***，该双端柔性直流输电***包括第一交流线路模拟阻抗Z1、第二交流线路模拟阻抗Z2、第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1、第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2、第一直流断路器DCB1、第二直流断路器DCB2、第三直流断路器DCB3、第四直流断路器DCB4、第一限流电抗器Ld1、第二限流电抗器Ld2、第三限流电抗器Ld3、第四限流电抗器Ld4和超导限流器；所述的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的进口端和第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的出口端分别通过第一交流线路模拟阻抗Z1和第二交流线路模拟阻抗Z2与交流电网AC1和交流电网AC2相连，第一限流电抗器Ld1和第二限流电抗器Ld2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三限流电抗器Ld3和第四限流电抗器Ld4分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三直流断路器DCB2和第四直流断路器DCB2分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，超导限流器SFCL设置在双端柔性直流输电***的负极直流线路上，位于第二直流断路器DCB2和第二直流断路器DCB2之间；
(2)利用下式，计算双端柔性直流输电***中超导限流器SFCL的出口端出现直流线路极间故障时，超导限流器的动态阻抗Rs(t)：
Figure BDA0002074644060000021
其中，Rm为超导限流器接入双端模块化多电平柔性直流输电***时，超导限流器处于失超状态下的最大阻值，Ts为超导限流器由超导态转换至失超态的状态时间常数，由超导限流器的铭牌获取，t为双端柔性直流输电***的运行时刻，tq为临界电流流经超导限流器时刻；
(3)利用最小二乘拟合法，将步骤(2)中超导限流器动态阻抗Rs(t)进行分段线性化为n个随时刻t变化的一阶阻抗函数R′s(t)：
R′s(t)＝Ri(ti)(i＝1,2,3,…,n)
(4)根据第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的子模块数目N以及子模块电容C0，利用下式计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，故障回路的等效电容C′：
Figure BDA0002074644060000031
其中，N为第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1中的子模块数量SM，C0为单个模块化多电平子模块SM中的电容大小；
(5)利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，输电***故障回路的等效电感L′：
Figure BDA0002074644060000032
其中，Ls为短路电流通过第一模块化多电平换流器MMC1的桥臂电感Ll为双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路电抗，Ld为待求解的双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路限流电抗；
(6)利用下式，计算故障回路等效电阻R′：
Figure BDA0002074644060000033
其中，Rarm为双端模块化多电平柔性直流输电***中第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电阻，Rl为双端模块化多电平柔性直流输电***中直流线路电阻，Rf为当双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时的故障电阻，R1(t1)为双端模块化多电平柔性直流输电***发生故障时超导限流器失超态下阻抗大小；
(7)根据步骤(4)的等效电容C′、步骤(5)的故障回路等效电感L′、步骤(6)的故障回路等效电阻R′以及故障回路的等效电容电压vc，得到在双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时的阶段数学表达式为：
Figure BDA0002074644060000034
(8)根据步骤(7)的阶段数学表达式，利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1：
Figure BDA0002074644060000035
其中，σ为衰减系数，σ＝R′/2L′，ω′为振荡角频率，
Figure BDA0002074644060000036
(9)设定双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，交流电网与模块化多电平换流器的传输功率平衡，根据下式，得到双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电流ip：
Figure BDA0002074644060000041
其中，Vdc为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电压，Id为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电流，Vl为双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电网线电压；
(10)根据步骤(8)故障电流i1和步骤(9)的交流电流ip，利用下式计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***中的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1在超导限流器阻抗处于t1阶段时流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2：
Figure BDA0002074644060000042
(11)当双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时，设流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流均为ib，并设双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障下，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2动作前，第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电流允许极限值为ia，根据步骤(8)的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1、步骤(9)计算的双端模块化多电平柔性直流输电***交流电流ip以及步骤(10)的流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，得到直流线路极间故障时第一模块化多电平换流器MMC1闭锁前的边界限定条件为：
Figure BDA0002074644060000043
(12)利用步骤(11)的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1闭锁前边界限定条件，根据步骤(4)～步骤(6)中的等效电容C′、等效电感L′、等效电阻R′以及步骤(8)～步骤(10)中的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路DCB2的故障电流i1、交流电流ip与流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时配合超导限流器在t1阶段内直流线路装设限流电抗Ld的取值范围；
(13)根据步骤(12)限流电抗Ld的取值范围，以该限流电抗Ld取值范围中的最大值作为双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时直流线路限流电抗；
(14)遍历步骤(3)中超导限流器阻抗线性化的n个分段与相对应的一阶阻抗函数R′s(t)，重复步骤(8)～步骤(13)，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时直流线路限流电抗的取值范围，实现双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时对模块化多电平换流器MMC在不闭锁情况下的有效保护。
本发明提出的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，其特点和优点是：
1、本发明方法可计算出基于超导限流器动态阻值影响下限流电抗的合理取值裕度，有效提升柔性直流输电***的稳定性及动态响应能力，对未来实际工程具有指导与借鉴意义。
2、本发明方法综合考虑多种一次设备参数之间的配合，更加合理地选取一次设备，提高一次设备的利用效率，降低柔性直流输电***的投资成本，提高输电***运行的经济性。
3、本发明的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，不仅适用于双端柔性直流输电***单极安设超导限流器，也可以适用于双极同时装设超导限流器双端柔性直流输电***。
4、本发明的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，不仅适用于双端柔性直流输电***装设超导限流器，也同时适用于多端柔性直流输电***装设超导限流器；取值的超导限流器不仅可以是电阻性超导限流器，还可以是其它类型超导限流器。
5、本发明的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，其中线性拟合不仅可通过最小二乘法实现拟合，其他线性拟合方法同样适用。
附图说明
图1是本发明方法涉及双端柔性直流***结构图。
图2是本发明涉及的超导限流器阻抗分段线性化示意图。
图3是本发明涉及的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1闭锁前故障电流通路图。
图4是本发明涉及的双端模块化多电平柔性直流输电***放电回路简化等效图。
具体实施方式
本发明提出的基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取，包括以下步骤：
(1)构建带有超导限流器的双端模块化多电平柔性直流输电***，结构如图1所示，该双端柔性直流输电***包括第一交流线路模拟阻抗Z1、第二交流线路模拟阻抗Z2、第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1、第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2、第一直流断路器DCB1、第二直流断路器DCB2、第三直流断路器DCB3、第四直流断路器DCB4、第一限流电抗器Ld1、第二限流电抗器Ld2、第三限流电抗器Ld3、第四限流电抗器Ld4和超导限流器；所述的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的进口端和第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的出口端分别通过第一交流线路模拟阻抗Z1和第二交流线路模拟阻抗Z2与交流电网AC1和交流电网AC2相连，第一限流电抗器Ld1和第二限流电抗器Ld2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三限流电抗器Ld3和第四限流电抗器Ld4分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三直流断路器DCB2和第四直流断路器DCB2分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，超导限流器SFCL设置在双端柔性直流输电***的负极直流线路上，位于第二直流断路器DCB2和第二直流断路器DCB2之间；
(2)利用下式，计算双端柔性直流输电***中超导限流器SFCL的出口端(如图1中所示的FA处)出现直流线路极间故障时，超导限流器的动态阻抗Rs(t)：
Figure BDA0002074644060000061
其中，Rm为超导限流器接入双端模块化多电平柔性直流输电***时，超导限流器处于失超状态下的最大阻值，Ts为超导限流器由超导态转换至失超态的状态时间常数，由超导限流器的铭牌获取，t为双端柔性直流输电***的运行时刻，tq为临界电流流经超导限流器时刻；
本发明方法考虑双端柔性直流输电***故障时刻，超导限流器失超态下阻值变化情况，因此不考虑柔性直流输电***正常运行状态阻值呈现零阻值特性，即忽略Rs(t)＝0情况。
(3)利用最小二乘拟合法，将步骤(2)中超导限流器动态阻抗Rs(t)进行分段线性化为n个随时刻t变化的一阶阻抗函数R′s(t)：
R′s(t)＝Ri(ti)(i＝1,2,3,…,n)
如图2，实线部分为实际超导限流器失超态下电阻特性曲线，虚线为基于最小二乘法分段拟合后超导限流器失超态下电阻特性曲线线性化后曲线。
(4)当带有超导限流器的双端模块化多电平柔性直流输电***第一模块化多电平柔性直流换流站MMC1与第二模块化多电平柔性直流换流站MMC2之间，超导限流器SFCL出口端出现直流线路极间故障时，此时第一模块化多电平换流器MMC1中子模块SM的电容，第一模块化多电平换流器MMC1中桥臂电感Ls，第一模块化多电平换流器MMC1中桥臂电阻Rarm，柔性直输电***线路电阻Rl，柔性直流输电***直流线路自身电抗Ll，柔性直流输电***直流线路限流电抗Ld，柔性直流输电***故障时故障电阻Rf与超导限流器电阻Rs(t)串联构成故障回路。
根据图3所示的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的子模块数目N以及子模块电容C0，利用下式计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，故障回路的等效电容C′：
Figure BDA0002074644060000071
其中，N为第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1中的子模块数量SM，本发明方法以第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1近区出现故障为例，MMC2的结构参数与MMC1可以相同也可以不同，C0为单个模块化多电平子模块SM中的电容大小；图3为第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1闭锁前故障电流通路图，图4为双端模块化多电平柔性直流输电***放电回路简化等效图。
(5)利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，输电***故障回路的等效电感L′：
Figure BDA0002074644060000072
其中，Ls为短路电流通过第一模块化多电平换流器MMC1的桥臂电感(桥臂电感为第一模块化多电平换流器MMC1中部分元件，第一模块化多电平换流器一旦确定，此电感亦确定)，Ll为双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路电抗(该电抗由直流线路长度决定)，Ld为待求解的双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路限流电抗；
(6)利用下式，计算故障回路等效电阻R′：
Figure BDA0002074644060000073
其中，Rarm为双端模块化多电平柔性直流输电***中第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电阻(MMC1一旦确定，此桥臂电阻亦确定)，Rl为双端模块化多电平柔性直流输电***中直流线路电阻(如图3中所示，该线路电阻由第一模块化多电平换流器MMC1和第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2之间的直流线路的长度决定)，Rf为当双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时的故障电阻(此电阻为出现故障时可能出现的包括线路与大地，或故障线路之间相互不正常连接导致)，R1(t1)为双端模块化多电平柔性直流输电***发生故障时超导限流器失超态下阻抗大小；
(7)根据步骤(4)的等效电容C′、步骤(5)的故障回路等效电感L′、步骤(6)的故障回路等效电阻R′以及故障回路的等效电容电压vc，得到在双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时的阶段数学表达式为：
Figure BDA0002074644060000081
双端模块化多电平柔性直流输电***子模块放电等效电路如图4所示。
(8)根据步骤(7)的阶段数学表达式，利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1：
Figure BDA0002074644060000082
其中，σ为衰减系数，σ＝R′/2L′，ω′为振荡角频率，
Figure BDA0002074644060000083
(9)设定双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，交流电网与模块化多电平换流器的传输功率平衡，根据下式，得到双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电流ip：
Figure BDA0002074644060000084
其中，Vdc为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电压，Id为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电流，Vl为双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电网线电压；
(10)根据步骤(8)故障电流i1和步骤(9)的交流电流ip，利用下式计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***中的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1在超导限流器阻抗处于t1阶段时流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2：
Figure BDA0002074644060000085
(11)当双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时，为避免第一模块化多电平换流器MMC1因故障闭锁，此时流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的故障电流大小必须在安全运行的限定范围内。设流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流均为ib，并设双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障下，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2动作前，第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电流允许极限值为ia，根据步骤(8)的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1、步骤(9)计算的双端模块化多电平柔性直流输电***交流电流ip以及步骤(10)的流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，得到直流线路极间故障时第一模块化多电平换流器MMC1闭锁前的边界限定条件为：
Figure BDA0002074644060000091
(12)利用步骤(11)的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1闭锁前边界限定条件，根据步骤(4)～步骤(6)中的等效电容C′、等效电感L′、等效电阻R′以及步骤(8)～步骤(10)中的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路DCB2的故障电流i1、交流电流ip与流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时配合超导限流器在t1阶段内直流线路装设限流电抗Ld的取值范围；
(13)根据步骤(12)限流电抗Ld的取值范围，以该限流电抗Ld取值范围中的最大值作为双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时直流线路限流电抗；
(14)遍历步骤(3)中超导限流器阻抗线性化的n个分段与相对应的一阶阻抗函数R′s(t)，重复步骤(8)～步骤(13)，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时直流线路限流电抗的取值范围，实现双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时对模块化多电平换流器MMC在不闭锁情况下的有效保护。

Claims (1)

1.一种基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)构建带有超导限流器的双端模块化多电平柔性直流输电***，该双端模块化多电平柔性直流输电***包括第一交流线路模拟阻抗Z1、第二交流线路模拟阻抗Z2、第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1、第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2、第一直流断路器DCB1、第二直流断路器DCB2、第三直流断路器DCB3、第四直流断路器DCB4、第一限流电抗器Ld1、第二限流电抗器Ld2、第三限流电抗器Ld3、第四限流电抗器Ld4和超导限流器；所述的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的进口端和第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的出口端分别通过第一交流线路模拟阻抗Z1和第二交流线路模拟阻抗Z2与交流电网AC1和交流电网AC2相连，第一限流电抗器Ld1和第二限流电抗器Ld2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三限流电抗器Ld3和第四限流电抗器Ld4分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2分别设置在第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的出口端，第三直流断路器DCB2和第四直流断路器DCB2分别设置在第二模块化多电平柔性直流换流器MMC2的进口端，超导限流器SFCL设置在双端柔性直流输电***的负极直流线路上，位于第二直流断路器DCB2和第二直流断路器DCB2之间；
(2)利用下式，计算双端柔性直流输电***中超导限流器SFCL的出口端出现直流线路极间故障时，超导限流器的动态阻抗Rs(t)：
Figure FDA0002423894000000011
其中，Rm为超导限流器接入双端模块化多电平柔性直流输电***时，超导限流器处于失超状态下的最大阻值，Ts为超导限流器由超导态转换至失超态的状态时间常数，由超导限流器的铭牌获取，t为双端柔性直流输电***的运行时刻，tq为临界电流流经超导限流器时刻；
(3)利用最小二乘拟合法，将步骤(2)中超导限流器动态阻抗Rs(t)进行分段线性化为n个随时刻t变化的一阶阻抗函数R′s(t)：
R′s(t)＝Ri(ti)(i＝1，2，3，...，n)
(4)根据第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的子模块数目N以及子模块电容C0，利用下式计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，故障回路的等效电容C′：
Figure FDA0002423894000000021
其中，N为第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1中的子模块数量SM，C0为单个模块化多电平子模块SM中的电容大小；
(5)利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，输电***故障回路的等效电感L′：
Figure FDA0002423894000000022
其中，Ls为短路电流通过第一模块化多电平换流器MMC1的桥臂电感L1为双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路电抗，Ld为待求解的双端模块化多电平柔性直流输电***直流线路限流电抗；
(6)利用下式，计算故障回路等效电阻R′：
Figure FDA0002423894000000023
其中，Rarm为双端模块化多电平柔性直流输电***中第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电阻，R1为双端模块化多电平柔性直流输电***中直流线路电阻，Rf为当双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时的故障电阻，R1(t1)为双端模块化多电平柔性直流输电***发生故障时超导限流器失超态下阻抗大小；
(7)根据步骤(4)的等效电容C′、步骤(5)的故障回路等效电感L′、步骤(6)的故障回路等效电阻R′以及故障回路的等效电容电压vc，得到在双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时的阶段数学表达式为：
Figure FDA0002423894000000024
(8)根据步骤(7)的阶段数学表达式，利用下式，计算双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1：
Figure FDA0002423894000000025
其中，σ为衰减系数，σ＝R′/2L′，ω′为振荡角频率，
Figure FDA0002423894000000026
(9)设定双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时，交流电网与模块化多电平换流器的传输功率平衡，根据下式，得到双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电流ip：
Figure FDA0002423894000000031
其中，Vdc为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电压，Id为双端模块化多电平柔性直流输电***的直流电流，Vl为双端模块化多电平柔性直流输电***的交流电网线电压；
(10)根据步骤(8)故障电流i1和步骤(9)的交流电流ip，利用下式计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***中的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1在超导限流器阻抗处于t1阶段时流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2：
Figure FDA0002423894000000032
(11)当双端模块化多电平柔性直流输电***出现直流线路极间故障时，设流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流均为ib，并设双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障下，第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2动作前，第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1的桥臂电流允许极限值为ia，根据步骤(8)的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路器DCB2的故障电流i1、步骤(9)计算的双端模块化多电平柔性直流输电***交流电流ip以及步骤(10)的流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，得到直流线路极间故障时第一模块化多电平换流器MMC1闭锁前的边界限定条件为：
Figure FDA0002423894000000033
(12)利用步骤(11)的第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1闭锁前边界限定条件，根据步骤(4)～步骤(6)中的等效电容C′、等效电感L′、等效电阻R′以及步骤(8)～步骤(10)中的直流线路极间故障时在t1阶段流经第一直流断路器DCB1和第二直流断路DCB2的故障电流i1、交流电流ip与流经第一模块化多电平柔性直流换流器MMC1桥臂的故障电流i2，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时配合超导限流器在t1阶段内直流线路装设限流电抗Ld的取值范围；
(13)根据步骤(12)限流电抗Ld的取值范围，以该限流电抗Ld取值范围中的最大值作为双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时直流线路限流电抗；
(14)遍历步骤(3)中超导限流器阻抗线性化的n个分段与相对应的一阶阻抗函数R′s(t)，重复步骤(8)～步骤(13)，计算得到双端模块化多电平柔性直流输电***故障时直流线路限流电抗的取值范围，实现双端模块化多电平柔性直流输电***发生直流线路极间故障时对模块化多电平换流器MMC在不闭锁情况下的有效保护。
CN201910449385.2A 2019-05-28 2019-05-28 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法 Expired - Fee Related CN110212505B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910449385.2A CN110212505B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910449385.2A CN110212505B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110212505A CN110212505A (zh) 2019-09-06
CN110212505B true CN110212505B (zh) 2020-07-10

Family

ID=67789014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910449385.2A Expired - Fee Related CN110212505B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110212505B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829396B (zh) * 2019-11-18 2022-04-15 武汉大学 基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理***及方法
CN111682577B (zh) * 2020-06-30 2021-11-23 华北电力大学 一种柔性直流输电***传输功率极限计算方法及***
CN112134266B (zh) * 2020-09-07 2021-06-15 四川大学 基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法
CN113036724B (zh) * 2021-02-08 2022-07-05 东南大学 基于晶闸管链与超导限流器的柔性直流短路故障保护方法
CN113162010B (zh) * 2021-03-19 2022-06-24 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 基于电阻型超导限流器的短路电流幅值及直流分量抑制方法
CN115508670B (zh) * 2022-11-04 2023-04-18 清华大学 柔性直流牵引供电***接触网故障电流计算方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107271782A (zh) * 2017-07-26 2017-10-20 全球能源互联网研究院 用于架空线的柔直直流侧限流电抗器参数确定方法
CN107342582A (zh) * 2017-08-30 2017-11-10 华中科技大学 一种环网状柔性直流输电***的平波电抗器参数设计方法
CN108829989A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 国网江苏电力设计咨询有限公司 含有超导直流限流器的柔性直流***直流侧主回路参数设计方法
CN109390964A (zh) * 2018-11-28 2019-02-26 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6069073B2 (ja) * 2013-04-01 2017-01-25 住友電気工業株式会社 限流装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107271782A (zh) * 2017-07-26 2017-10-20 全球能源互联网研究院 用于架空线的柔直直流侧限流电抗器参数确定方法
CN107342582A (zh) * 2017-08-30 2017-11-10 华中科技大学 一种环网状柔性直流输电***的平波电抗器参数设计方法
CN108829989A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 国网江苏电力设计咨询有限公司 含有超导直流限流器的柔性直流***直流侧主回路参数设计方法
CN109390964A (zh) * 2018-11-28 2019-02-26 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多端直流电网限流电抗器的优化设计方案;李岩 等;《电力***自动化》;20181210;第42卷(第23期);第120-128页 *
直流电网中超导限流器与高压直流断路器的协调配合方法;赵坚鹏 等;《电力自动化设备》;20181130;第38卷(第11期);第121-128页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110212505A (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110212505B (zh) 基于超导限流器的柔性直流输电***限流电抗选取方法
US10756536B2 (en) System for handling short circuits on an electrical network
CN107069795B (zh) 一种多端mmc-hvdc双极短路故障电流计算方法
CN106407494B (zh) 基于mmc的hvdc***的双极短路故障电流计算方法
CN106936150B (zh) 一种模块化多电平直流输电***的参数优化配置方法
CN108120878B (zh) 一种复杂配电网综合优化装置的直流电阻选取方法及***
CN111799751A (zh) 一种柔性控制器直流单元故障电流计算方法及***
CN109617118B (zh) 一种光伏电站直流升压汇集接入***接地方式确定方法
McGranaghan Active filter design and specification for control of harmonics in industrial and commercial facilities
Yu et al. An equivalent calculation method for pole-to-ground fault transient characteristics of symmetrical monopolar MMC based DC grid
CN107659194A (zh) 一种模块化多电平变换器的优化控制集模型预测控制方法
CN113054863B (zh) 一种具备自适应限流功能的中间变流器及其控制方法
US11342861B2 (en) Method and apparatus to mitigate DC bus over-voltages on common AC bus systems utilizing DC and AC drives
CN107578118B (zh) 一种直流输电***滤波器投切策略的优化方法及其装置
CN112366669A (zh) 多端直流输电***中限流电抗器优化配置方法及装置
Liu et al. Study of protection strategy for VSC based HVDC system
CN116505736A (zh) 适用于lcc/mmc混合级联直流网络的主动式故障电流抑制方法
CN116345448A (zh) 一种多端混合直流输电***短路电流近似计算方法
US11296509B1 (en) Zero-sequence current balancer with a real power injector for a three-phase power system
Li et al. Study on main circuit configuration and control modes for a new LCC-MMC hybrid HVDC system
CN111509758A (zh) 一种双极柔性直流电网接地方式设计方法
Saldaña et al. Modelling of the 500 mw back-to-back converter station between uruguay and brazil in atp
Beheshtaein et al. A new adaptive virtual impedance based fault current limiter for converters
CN108649581A (zh) 一种线间多功能故障电流限制***
Wang Real-time and non-real-time EMT simulation of an alternate arm converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200710