柔性直流电网线路故障限流及恢复方法研究

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在解决大规模新能源并网及消纳、区域性电网互联等问题上,柔性直流电网技术具有显著优势,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。但是,由于柔性直流电网的低阻尼特性,故障发生后直流线路故障电流上升速度极快,且幅值很大,直流断路器不能可靠地隔离故障线路,导致故障范围扩大,甚至威胁整个直流系统安全稳定运行。此外,柔性直流电网线路故障被清除后的供电恢复对整个系统的稳定、可靠运行至关重要,但故障恢复过程进行重合闸可能重合于永久性故障给系统带来二次过电流危害。基于此,论文围绕柔性直流电网线路故障过电流及供电恢复问题,开展柔性直流电网线路故障限流及恢复方法的研究工作,主要研究内容如下:1)提出了一种基于限流电抗器的柔性直流电网线路故障电流抑制方法。首先,分析了柔性直流电网线路单极接地故障与双极短路故障电流特性,研究了影响直流电网线路故障过电流因素;然后,以柔性直流电网线路故障电流特性为依据,提出了限流电抗器拓扑结构,并详细分析了限流器投入流程与退出流程。最后,搭建两端柔性直流电网仿真模型,验证了所提故障电流抑制方法的有效性。2)提出了一种计及换流站闭锁的柔性直流电网限流电抗器优化配置策略。首先,建立了柔性直流电网故障等效计算模型,提出了含限流电抗器动作的柔性直流电网故障电流计算方法;然后,推导了换流站闭锁容量与交流母线电压增量的表达式,得到了柔性直流电网换流站闭锁方案;在此基础上,提出了计及换流站闭锁的柔性直流电网限流电抗器优化配置策略,并确定了用于优化配置分析的故障位置。以四端柔性直流电网为例,对2种不同场景限流电抗器的优化配置进行算例分析。结果表明,所提优化配置策略能够得到不同换流站闭锁的优化配置方案,可为实际直流工程中限流器参数配置提供参考。3)提出了一种含限流电抗器的柔性直流电网线路故障恢复方法。首先,分析了柔性直流电网线路故障恢复过程重合闸过电流特性,提出采用重合闸限流电路抑制故障电流的方法,并分析了重合闸限流效果;然后,根据故障清除回路与故障未清除回路存在的差异,研究了柔性直流电网线路故障清除判据,并提出了柔性直流电网线路故障恢复方法,提高了柔性直流系统的供电可靠性。最后,通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。
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