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高压直流输电直流控制与保护

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-14 04:21 点击数:

  高压直流输电直流控制与保护_物理_自然科学_专业资料。高压直流输电 Chap.5 直流控制与保护 2020/8/5 课程安排 chap.5 直流控制与保护 第五章 直流控制与保护 ?5.1 直流控制系统的配置 ?5.2 直流控制原理 ?5.3 直流基

  高压直流输电 Chap.5 直流控制与保护 2020/8/5 课程安排 chap.5 直流控制与保护 第五章 直流控制与保护 ?5.1 直流控制系统的配置 ?5.2 直流控制原理 ?5.3 直流基本控制及其控制特性 ?5.4 改善直流控制特性的其他控制 2020/8/5 2 chap.5 直流控制与保护 第五章 直流控制与保护 直流控制保护系统的重要性 直流输电运行性能、保护均极大地依赖于控制系 统。 直流控制保护系统的基本功能 ? 起停控制 ? 直流功率大小及方向控制 ? 抑制HVDC不正常运行及对所连交流电网的干扰 ? 故障保护 2020/8/5 3 chap.5 直流控制与保护 第五章 直流控制与保护 直流控制保护系统的特点 ?分层结构 ?多重化设计 2020/8/5 4 chap.5 直流控制与保护 5.1 直流控制系统的配置 分层结构。两端直流输电控制系统一般分为 6个层次等级 高层 系统控制级 可合并 双级控制级 慢 极控制级 可合并 换流器控制级 快 低层 换流阀控制级 单独控制级 2020/8/5 双极方式HVDC原理图 5 chap.5 直流控制与保护 5.2 直流控制原理 HVDC等效电路-1 整流器等效电路 外特性方程: U d r U d 0 rc o s d x rId 2020/8/5 6 逆变器等效电路 U d i U d 0 ic o s d x iI d chap.5 直流控制与保护 5.2 直流控制原理 HVDC等效电路-2 整流器等效电路 外特性方程: U d r U d 0 rc o s d x rId 2020/8/5 7 逆变器等效电路 U d i U d 0 ic o s d x iI d chap.5 直流控制与保护 5.2 直流控制原理 直流电流 或 IdU dord co xrsR dU dd oixc ios IdU dord co xrsR dU do d ixcios 其中,理想空载直流电压: 2020/8/5 Ud032U11.35U1 定γ等效电路,定β等效电路 8 chap.5 直流控制与保护 5.2 直流控制原理 直流功率 Pdr UdrId Pdi UdiId 意味着可以通过改变角度(α或β)和 交流电压(U1 )数值来调节直流电流和功率。 2020/8/5 双极方式HVDC原理图, 定γ等效电路,定β等效电路 9 chap.5 直流控制与保护 5.2 直流控制原理 直流控制手段 ?触发脉冲相位控制:调节α(或β) ? 换流变分接头控制:调节换流变分接头 两类控制手段比较 2020/8/5 10 chap.5 直流控制与保护 5.3 直流基本控制及其控制特性 基本控制 保证HVDC正常运行所必需的最低限度的控制。 包含 ? 定触发角控制 ? 定电流控制 ? 启停控制 ? 换流变分接头控制 ? 定关断角控制 ? 定电压控制 ? 潮流反转控制 2020/8/5 控制配置 11 chap.5 直流控制与保护 5.3.1 定触发角控制 控制特性方程: U d r U d 0 rc o s d x rId 特点 ? 关于α 的下倾 U dr 定αmin控制 1 的直线簇 ? α增加,直线r cos3 tandxr 3 mi n30~50 o 控制特性曲线 定关断角控制 关断角可直接测量,但不可直接控制。 c o s c o s ( 3 2 I dL r ) / ( 3 U 1 ) 控制特性方程: U d i U d 0 ic o s d x iId 特点 ? 关于 γ的下倾的直 U di 1 线 Ud0i cos3 o 13 控制特性曲线 定电流控制 定电流控制 (Current Control) 控制特性方程: Id Idref 选Id 为控制对象的原因 ?Pd 的变化主要由Id决定 ?有效限制故障电流的上升 两侧换流站均装设定电流控制,因此需要协调 配合。 2020/8/5 协调控制1, 控制配置 14 chap.5 直流控制与保护 5.3.3 定电流控制 配合原则 ?整流站定电流控制为主 ?逆变站定电流控制为辅 逆变站定电流控制目的 当Id下降过多时,协助整 ΔId 流站定电流控制,使 Id 迅 速恢复正常值。 2020/8/5 15 chap.5 直流控制与保护 5.3.3 定电流控制 基本控制原则----电流裕度法 ? 一直沿用至今,被 证明是十分有效的 控制方法; 稳态运行工作点 ? 稳态、暂态运行下 都必须保持足够的 ΔId 电流裕度 ΔId ; ? 规定: Id 1 0 % 2 5 % Id r e f 直流基本控制特性 控制配置 2020/8/5 16 chap.5 直流控制与保护 5.3 直流基本控制及其控制特性 两站控制协调配合方式1 ?整流站:定电流、定αmin控制 ?逆变站:定关断角、定电流控制 ?HVDC系统特性: ? 静态稳定 稳态运行工作点 ? 换相失败风险低 ? 弱受端系统时可 能出现换流母线 ΔId 电压不稳定 直流基本控制特性 2020/8/5 17 chap.5 直流控制与保护 5.3 直流基本控制及其控制特性 ü 极弱受端系统时可能出现另一种电压不稳定— “三交点不稳定” 其中, 稳态运行工作点 N、B--稳定运行点 A—不稳定运行点 ? 两站控制协调配 合方式1的适用性: 强受端系统 2020/8/5 18 chap.5 直流控制与保护 5.3.4 定电压控制 定电压控制 (Voltage Control) 控制特性方程: Ud Udref 选Ud为控制对象的原因: ?减少逆变站发生电压不稳定的几率 ?配合整流站的定电流控制,实现对直流功率的 控制 2020/8/5 协调控制2, 控制配置, 三交点不稳定 19 chap.5 直流控制与保护 5.3 直流基本控制及其控制特性 两站控制协调配合方式2 ?整流站:定电流、定αmin控制 ?逆变站:定电压、定电流控制、定关断角 ?HVDC系统特性: 稳态运行工作点 ? 静态稳定 ? 换流母线电压不稳定 风险低 ? 轻载时逆变器吸收无 功大 ? 适用性:弱受端系统 2020/8/5 20 chap.5 直流控制与保护 5.3.5 启停控制 分类 ?正常启动 ? 正常停运 ? 故障紧急停运 ? (故障后的)自动再启动 为减小启停过程产生的过电压和过电流,以及 对两侧系统的冲击,正常启停按照一定步骤顺序 进行。 2020/8/5 21 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.1 正常启动控制顺序 正常启动控制类型 ?先建电压,后建电流 ?先建电流,后建电压 2020/8/5 22 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.1 正常启动控制顺序 1、正常启动控制方法1(先建电压,后建电流)的 控制顺序 ? 合两侧交流断路器,使换流变压器和换流器带电; ? 合两侧直流线路开关,使直流线路与换流器相连; ? 以 α=1800 的角度解锁逆变器,建立直流电压 (0.7~0.8p.u.); ? 以α=1500 的角度解锁整流器; ? 同时减小两侧α ,建立直流电流。 2020/8/5 23 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.1 正常启动控制顺序 2、正常启动控制方法2(先建电流,后建电压又 称“BPP法/旁通对启动法”)的控制顺序 ? 使两侧换流器形成BPP; ? 合两侧交流断路器,使换流变压器和换流器带电; ? 合两侧直流线路开关,使直流线路与换流器相连; ? 以 α=600700 的角度解锁整流器; ? 以 α=11001200 的角度解锁逆变器; ? 同时减小两侧α,建立直流电压(0.4~0.8p.u.); ? 逐渐增大电流指令,建立直流电流。 2020/8/5 24 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.1 正常启动控制顺序 正常启动时间 ?一般为几秒几十分钟 ?受端系统越弱,正常启动时间越长 2020/8/5 双极方式HVDC原理图 25 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.2 正常停运控制顺序 BPP法的主要步骤 ?逐渐减小电流指令,降低直流电流; ?使 α=12001500 ,延时20-40ms后,闭锁整流器; ?直流电流为零后,闭锁逆变器,投入BPP; ?断开两侧直流线路开关; ?断开两侧交流断路器 正常停运时间 ?一般为几百ms ?受端系统越弱,正常停运时间越长 2020/8/5 双极方式HVDC原理图, BPP电路 26 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.3 故障紧急停运控制顺序 故障紧急停运:交直流系统故障中的停运过程。 目的:抑制直流电流,迅速消除故障点电弧 控制顺序 ?快速移相: α=12001500 (整流器) α=11001200 (逆变器) ?直流电流为零后,闭锁整流器,闭锁逆变器,投入 BPP ?断开两侧直流线路开关 ?断开两侧交流断路器 故障紧急停运时间:一般为几十ms 2020/8/5 双极方式HVDC原理图, BPP电路 27 chap.5 直流控制与保护 5.3.5.4 自动再启动控制顺序 目的:直流线路瞬时故障后,迅速恢复送电 主要步骤 ?整流器紧急移相 ?经过100-500ms的弧道去游离时间,按正常启动 恢复HVDC的运行 2020/8/5 双极方式HVDC原理图, 28 chap.5 直流控制与保护 5.3.6 潮流反转控制 每侧控制系统均具有“三段式组合控制” 常用方法 Ud ?阀不闭锁方式 ?阀闭锁方式 O I dref Id 2020/8/5 组合控制特性 29 chap.5 直流控制与保护 5.3.6.1 阀不闭锁方式潮流反转 实现方法 ?1)反置裕度整定 Ud 新逆变器: I di I dr I d 新整流器: I dr I di I d O ?2)控制系统自动调节 I di N I dref Id A 2020/8/5 双极方式HVDC原理图, 30 潮流反转示意图 chap.5 直流控制与保护 5.3.6.2 阀闭锁方式潮流反转 实现方法: 先停运,后启动 功率方向 (+) / MW 需要设置新的功率方向 新的功率变化速率 MW / Min 新的功率电流定值 -XMW I0Min 0 t 2020/8/5 -X 功率方向 (-) / MW 阀闭锁 放 电 时间 斜率 功率变化速率 双极方式HVDC原理图, 31 chap.5 直流控制与保护 5.3.7 换流变分接头控制 目的 ? 保持触发角在合适的角度 ? 保持关断角在合适的角度 1502.50 (1 5 0~ 1 8 0) 2 .5 0 ? 保证直流电压在期望值 Ud12% p.u. ? 保证换流变阀侧空载电压恒定 控制原则:考虑数秒延时 2020/8/5 32 chap.5 直流控制与保护 5.4 改善直流控制特性的其他控制 包含: ? 低压限流( VDCOL )控制 ? 电流裕度平滑转移控制(Amax 控制) ? 电流裕度补偿控制(CMR) ? 各种限制环节: 如αmin、 αmax 、 Idmin 、 Idmax 2020/8/5 33 chap.5 直流控制与保护 5.4 改善直流控制特性的其他控制 1、低压限流( VDCOL ) ?目的 ?降低晶闸管在连续换相失败时 所承受的压力; ?避免交流系统故障时直流系统 的不稳定性; ?有利于交、直流系统故障后快 速恢复功率传输; ?减少恢复过程中发生连续换相 失败的可能性。 VDCOL静态特性 2020/8/5 34 chap.5 直流控制与保护 5.4 改善直流控制特性的其他控制 2、电流裕度平滑转移(Amax 控制) 3、电流裕度补偿控制(CMR) Amax控制 2020/8/5 35 chap.5 直流控制与保护 5.4 改善直流控制特性的其他控制 4、限制环节 HVDC静态稳定工作区 Ud αmin=3050 Idmax O Idmin = 0.1p.u. 2020/8/5 Id γmin 36 chap.5 直流控制与保护 5.4 改善直流控制特性的其他控制 直流工程控制特性 2020/8/5 37 Chap.5 直流控制与保护 结束 2020/8/5 文俊 华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 直流控制与保护 双极方式HVDC原理图 双极双桥 葛洲坝 Id ~500kV + 500kV + 南桥 ~220kV - - + + - 500kV Id / / 525 209209 33 209kV 2020/8/5 39 - / / 230198198 33 198kV chap.5 直流控制与保护 交流系统相对强度规定 短路比: SCR Sk Pde 换流母线短路容量 额定直流功率 有效短路比: ESCRSkQC Pde 换流站无功 补偿总容量 2020/8/5 40 chap.5 直流控制与保护 某直流工程控制特性 2020/8/5 41 BPP启停电路图 chap.5 直流控制与保护 旁通对(By Pass Pair, BPP ) 2020/8/5 42


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