多端柔性直流輸電系統(tǒng)直流故障保護(hù)策略研究

刁雪梅，李明賢

天津科技大學(xué)

多端柔性直流輸電系統(tǒng)直流故障保護(hù)策略研究

刁雪梅，李明賢

天津科技大學(xué)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致我國(guó)能源需求的不斷提升，如何解決能源短缺問(wèn)題、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整問(wèn)題，以及應(yīng)對(duì)環(huán)境污染等，這些問(wèn)題都嚴(yán)重阻礙了電網(wǎng)建設(shè)，而電網(wǎng)建設(shè)的質(zhì)量無(wú)疑是十分關(guān)鍵的，直接關(guān)系到了人們的生活質(zhì)量。所以在整個(gè)電網(wǎng)中，對(duì)于輸電系統(tǒng)的選擇就格外的重要，現(xiàn)代電網(wǎng)中往往使用多端柔性直流輸電系統(tǒng)來(lái)提供輸電服務(wù)，所以針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入研究是十分有必要的。

多端柔性直流輸電系統(tǒng)；直流故障；保護(hù)策略；研究

與交流輸電系統(tǒng)相比較，直流輸電系統(tǒng)無(wú)論是在電能供應(yīng)，還是在系統(tǒng)穩(wěn)定性上都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于交流系統(tǒng)，并且其優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所以在日常運(yùn)行的檢修和維護(hù)難度上相對(duì)更小，隨著在電力工程方面的技術(shù)不斷的升級(jí)，對(duì)于直流輸電系統(tǒng)的研發(fā)也在不斷的進(jìn)行中，所以這種輸電系統(tǒng)在整個(gè)電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)也將越來(lái)越大，尤其是在綠色能源的發(fā)展背景之下，直流輸電系統(tǒng)以其低能耗而受到青睞。

1 多端柔性直流輸電系統(tǒng)概述

隨著VSC-MTDC系統(tǒng)的發(fā)展和大量新能源發(fā)電的并網(wǎng)，VSC-MTDC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變的越來(lái)越復(fù)雜，控制難度加大，因此控制方式的選擇尤為重要。正確的控制方式可以將輸電系統(tǒng)的性能上升到新的水平，尤其是在輸電系統(tǒng)中有和大量的大功率設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行安全十分重要，控制方式則將直接影響到這些設(shè)備的安全運(yùn)行。除此之外，從經(jīng)濟(jì)成本方面來(lái)考慮，直流系統(tǒng)在建造成本上更少，所以在今后的電網(wǎng)建設(shè)中，多端柔性直流輸電系統(tǒng)將使用的越來(lái)越多。

隨著“西電東送”、“南電北送”等工程和新能源大規(guī)模的接入電網(wǎng)等工程的推進(jìn)，柔性直流輸電技術(shù)將成為輸電系統(tǒng)中不可或缺的因素，同時(shí)高壓直流電纜也是海上風(fēng)電和孤島必不可少的輸電介質(zhì)。

與交流輸電技術(shù)相比，直流輸電具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

（1）直流輸電線路具有更窄的輸電線路走廊，線路走廊變窄也就意味著在建設(shè)時(shí)所花費(fèi)的資金更少，雖然走廊的修建在整個(gè)電力工程中所占極少，但是其費(fèi)用卻是一筆不菲的數(shù)目，能夠降低成本是所有建設(shè)單位都樂(lè)于見到的。（2）具有較高的擊穿強(qiáng)度，正常運(yùn)行時(shí)，整個(gè)直流系統(tǒng)中的電壓高于交流電壓的三倍，同時(shí)也意味著在輸送電力的同時(shí)，其系統(tǒng)功耗得到了有效的控制，這對(duì)于寶貴的電力資源而言是十分重要的。（3）高壓直流輸電系統(tǒng)輸送電能的容量高，現(xiàn)代的社會(huì)發(fā)展十分迅速，對(duì)于電力的需求也只會(huì)越來(lái)越高，這就意味著能夠大量的輸送電力是輸電系統(tǒng)最為基本的要求，而直流輸電系統(tǒng)恰恰滿足了這一點(diǎn)。

線路損耗一直是困擾著供電系統(tǒng)，雖然直流供電系統(tǒng)的線路損耗較低，但是也存在著特殊的情況，其中的直流微電網(wǎng)就是屬于典型，所以說(shuō)在平常的使用中，對(duì)于線路的損耗方面著手來(lái)減少是十分重要的，目前最為有效的方法是通過(guò)新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，目前使用的最多的是MMC技術(shù)，該技術(shù)在降低線路損耗上表現(xiàn)的十分優(yōu)良。MMC的具體技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下：

（1）對(duì)于不同功率的大型設(shè)備共同運(yùn)作就需要足夠的容量，而MMC技術(shù)就具備了較高的容量。（2）隨著模塊串聯(lián)個(gè)數(shù)的增加輸出電壓的諧波含量越來(lái)越低，無(wú)需額外的濾波裝置，降低變換器的開關(guān)頻率;（3）現(xiàn)代電網(wǎng)需要遠(yuǎn)距離的輸送，為了滿足這種需求，就必須使用高效率的變化器，以此減少線路上的損耗。

2 多端柔性直流輸電系統(tǒng)直流故障保護(hù)策略

2.1 換流器閥級(jí)控制

換流器閥級(jí)控制的存在是為了對(duì)各個(gè)線路模塊進(jìn)行控制，通過(guò)相應(yīng)的算法來(lái)決定對(duì)應(yīng)的開關(guān)閉合狀態(tài)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于線路的運(yùn)行控制，同時(shí)也能夠保證整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。該控制系統(tǒng)的功能較為強(qiáng)大，可以有效的解決子模塊的運(yùn)行。

2.2 換流器級(jí)保護(hù)策略

換流級(jí)保護(hù)策略的目的是為了保住換流站，換流站的在整個(gè)系統(tǒng)中所扮演的角色是將不同功率的電力分配到不同的線路中，以此來(lái)確定下級(jí)的各個(gè)線路的電力順利輸送。換流站的保護(hù)措施通過(guò)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，調(diào)節(jié)要根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行，這一點(diǎn)十分重要，很多工作人員在調(diào)節(jié)時(shí)容易產(chǎn)生疏忽。

2.3 系統(tǒng)級(jí)保護(hù)策略

系統(tǒng)級(jí)控制層接收控制人員的指令，以此來(lái)保證系統(tǒng)的電壓控制。系統(tǒng)中所使用的參數(shù)都是經(jīng)過(guò)人為設(shè)定的，這就意味著不同層級(jí)的參數(shù)都有相互借鑒的作用，一般情況下系統(tǒng)級(jí)保護(hù)策略十分重要，可以保證整個(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，以及不同級(jí)別之間的相互的協(xié)調(diào)切換。

在永久性直流短路故障情況下，換流閥閉鎖能在很短時(shí)間內(nèi)完成故障電流清除;而由于FB-MMC重新解鎖后以雙STATCOM并聯(lián)的方式運(yùn)行，能夠長(zhǎng)時(shí)間保證直流側(cè)極間電壓和直流電流為零，為故障清除和隔離提供了有利條件。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在上文中詳細(xì)分析了多端柔性直流輸電系統(tǒng)在整個(gè)電網(wǎng)中的重要作用，尤其是各方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)該系統(tǒng)更能夠適應(yīng)今后快速發(fā)展的電網(wǎng)建設(shè)，能夠和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成良好的對(duì)接，這一點(diǎn)十分重要，符合今后電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展趨向。多端直流系統(tǒng)中尚未見到相關(guān)文獻(xiàn)和算法，測(cè)量環(huán)節(jié)與通信環(huán)節(jié)的可靠性問(wèn)題及其對(duì)多端直流系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響值得關(guān)注。

[1]李亞男,蔣維勇,余世峰,等.舟山多端柔性直流輸電工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù),2014,40(8):2490-2496.

[2]仉雪娜,趙成勇,龐輝,等.基于MMC的多端直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)故障控制保護(hù)策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2013,37(15):140-145.

[3]趙雄光,宋強(qiáng),饒宏,等.基于V-I特性的多端柔性直流輸電系統(tǒng)的控制策略[J].電工電能新技術(shù),2013,32(4):15-20.

[4]胡兆慶,董云龍,李鋼,等.城市多端柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)以及仿真研究[J].供用電,2016,33(8):57-63.

[5]劉志江,夏成軍,杜兆斌.多端柔性直流輸電系統(tǒng)直流電壓模糊控制策略[J].電力工程技術(shù),2017(2):21-26.