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直流输电控制保护-概述

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-14 13:06 点击数:

  1 高压直流输电系统 控制与保护原理 华南理工大学电力学院 李晓华 广西平果 2010.3 主要内容  一、概述  二、高压直流系统控制  三、高压直流系统保护  四、特殊问题的讨论 概述  直流控制保护系统的作用  直流控制保护系统概况  直流输电对其控制的要求与挑战  直流高可控性的应用- 功率调制  特高压交直流系统特性比较 直流控制保护系统的作用  直流输电通过晶闸管阀换流器能够快速、方便的调节直流线路电流和功率,从而可实现各种调节和控制,不仅可以保证正常运行时稳定地输出功率,也可以在事故情况下,提高系统运行的可靠性。  高...

  1 高压直流输电系统 控制与保护原理 华南理工大学电力学院 李晓华 广西平果 2010.3 主要内容  一、概述  二、高压直流系统控制  三、高压直流系统保护  四、特殊问题的讨论 概述  直流控制保护系统的作用  直流控制保护系统概况  直流输电对其控制的要求与挑战  直流高可控性的应用- 功率调制  特高压交直流系统特性比较 直流控制保护系统的作用  直流输电通过晶闸管阀换流器能够快速、方便的调节直流线路电流和功率,从而可实现各种调节和控制,不仅可以保证正常运行时稳定地输出功率,也可以在事故情况下,提高系统运行的可靠性。  高压直流输电与交流输电相比较的一个显著特点是可以通过对两端换流器的快速调节,控制直流线路输送功率的大小和方向,以满足整个交直流联合系统的运行要求,也就是说直流输电系统的性能,极大的依赖于它的控制系统。 直流控制保护系统的作用  由于直流系统的控制是通过改变换流器的触发角来实现的,直流保护动作的主要措施也是通过触发角变化和闭锁触发脉冲来完成的,因此直流系统的控制和保护系统功能关系密切,是高压直流输电工程的核心,是确保直流输电系统安全可靠运行的基础。  特高压直流输电工程的设备从基本原理和结构来看,和 500kV 直流大体类似,但由于承受的直流电压更高、输电容量更大,对外绝缘的要求也更高,对控制保护及内外绝缘的配合等各方面要求更严格。 直流控制保护系统的作用 双极单12 脉(超高压)接线 脉(特高压)接线. 单极运行的50 %容量 3. 双极停运的的0 %容量。 5 种可用容量状态: 1. 双极,输电功率为100 %容量 2. 双极,输电功率为75 %容量 3. 双极,输电功率为50 %容量 单极,输电功率为50 %容量 5. 单极,输电功率为25 %容量 6. 0 极,输电功率为0 %容量 直流控制保护系统的作用 直流输电和交流输电技术的差异之一在于输电过程对控制系统的依赖性。直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能传输方式,一个稳定、可靠和性能良好的控制系统是直流输电中不可缺少的部分  直流控制系统是HVDC 的“大脑”  直流控制保护系统是HVDC 的核心技术  直流控制保护系统是直流输电系统安全、可靠、稳定运行的保障 直流控制保护系统概况  ABB (瑞典)  全球最大供应商,近60% 的市场份额(2005 年数据)  全球70,000 MW HVDC 传输容量,ABB 40,000 MW  全球95 个 HVDC 工程中,由ABB 供货的 50 个;  SIEMENS  约占20% 的市场份额,近今年在中国与ABB 平分秋色  AREVA (ALSTOM)  约占20% 的市场份额  2003 年获得Konti-SKan (瑞典- 丹麦联网)直流工程 直流控制保护系统概况  高压直流输电已有六十年的发展历史,今天广泛使用的晶闸管换流阀也已有三十多年的运行实践  关键技术仍掌握在世界上各大HVDC 生产商手中,他们在发展过程中积累了丰富的经验,并形成了自己的核心技术。  在HVDC 换流阀结构方面,ABB 公司采用小组件(6 个晶闸管单元),串联水路,多电阻多电容的一次阻尼及取能回路,没有组件均压电容等。而SIEMENS 公司则采用大组件(24-30 晶闸管单元),并联水路,简单的一次RC 阻尼回路,包含直流静态均压及正向电压保护(BOD 或BTC )的晶闸管电子设备单元TE 等。  各个厂家技术更新都建立自身已有的产品结构模式上,尤其是已建立的复杂而自成体系的控制系统上。 直流控制保护系统概况  ABB 、SIEMENS 、AREVA(ALSTOM) 等,将直流控制和保护系统作为直流输电的核心技术,研发投入大  ABB 公司直流控制保护系统MACH2 ,1995 年开发完成的,代表了其公司当今运行系统中的先进水平。我国国网公司的龙政直流、三广直流采用的就是这套系统;  SIEMENS 公司提供的直流控制保护系统SIMADYN D 被我国南方电网的天广直流和贵广直流等所采用,Siemens 已开始推广更新一代系统。  AREVA Series V 控制保护系统。 天广直流、贵广I 回直流采用  双系统并行总线  多主处理器系统  64 位RISC 处理器PM6  DSP 扩展处理器EP3x  LAN 、Profibus 接口  STRUC G 图形开发环境 SIEMENS SIMADYN D控制系统 Siemens SIMADYN D控制保护系统  名称:Win-TDC ,产品设计生命周期为25 年 图形界面:Simatic WinCC 控制和保护: Simatic TDC  产品技术特点: 基于工业标准 统一的软硬件平台 能替代已投入使用的设备  在Basslink 工程(Australia )中使用 2005 年投运 SIEMENS SIMADYN D控制系统 SIEMENS SIMADYN D控制系统 SIEMENS SIMADYN D控制系统 MACH2控制保护系统 高可靠性 高集成度 MACH2 系统发展简介 MACH2控制保护系统 MACH2控制保护系统 直流保护软件介绍  极控软件由图形化编程软件STRUC G 完成,STRUC G 是基于SCO-UNIX 系统的图形化编程语言。  STRUC G 程序结构: ProjectMaster program(MP) Processor programs(PN) Function packages(FP) Function blocks(FB) MACH2控制保护系统 MACH2直流控制保护系统 直流输电对其控制的要求与挑战  两大核心问题  直流线路运行不需要无功功率,但换流器需要较大的无功功率。  无功补偿  无功控制  直流工作原理是交流整流为直流,直流逆变为交流。  谐波问题  换相问题 直流输电对其控制的要求与挑战  因晶闸管为半控元件,它只能控制阀的开通而不能控制阀的自然关断,关断必须借助交流母线电压的过零使阀电流减少到阀的维持电流以下才能使阀自然关断。而由于开通滞后角和熄弧角的存在及波形的非正弦,传统的直流输电要吸收大量的无功功率,也就需要大量的无功补偿及滤波设备。  传统HVDC 需要受端交流网络提供换向电流,若受端网络较弱则容易发生换向失败,因而它更无法向无源网络供电。 换相失败  换相失败:在换相电压反向(具有足够的去游离裕度)之前未能完成换相的故障  换相失败不是由于阀的误操作引起的,而是外部条件引起的。  换相失败对于逆变器来说更为普遍,往往在大直流电流低交流电压等扰动时发生。仅当触发电路故障时,整流器才会发生换相失败。 直流输电对其控制的要求与挑战  核心元件换流器的单向导通性  功率反转控制的特殊性  故障控制中的利用  核心元件换流器过载能力差:仅为额定容量的10~25%  过电压问题  缺乏配套的直流开关,灭弧困难  故障出口控制的时序逻辑  阻碍了多端直流系统的发展  直流运行方式多样性  对运行要求迥异,控制的复杂性 均流/压示意图 M A 电抗器均流示意图 R M A 电阻均流示意图 R C 1 R 2 R 1 R 2 R 1 C 1 避雷器 L 1 C 2 R 3 R 4 均压示意图 平波电抗器Smoothing Reactor  作用:  减小注入直流系统的谐波  减小换相失败的几率  防止轻载时直流电流间断  限制直流短路电流峰值  参数: 0.27~1.5H ( 架空线mH ( 电缆线) 直流输电对其控制的要求与挑战  输电距离和容量不受同步运行稳定性的限制  直流输电功率调节迅速、准确。  交流系统用直流互连后,短路容量基本没有增大。 直流没有系统的稳定问题  在交流输电系统中,所有连接在电力系统的同步发电机必须保持同步运行。所谓“系统稳定”,就是指在系统受到扰动后所有互联的同步发电机具有保持同步运行的能力。由于交流系统具有电抗,输送的功率有一定的极限,当系统受到某种扰动时,有可能使线路上的输送功率超过它的极限。  采用直流线路连接两个交流系统,由于直流输电没有相位和功角问题,所以不存在上述的稳定问题,可实现交流系统的非同步运行。直流输电也因此而不受输电距离的限制。 直流没有系统的稳定问题 交流系统相角差一般<25 度  输送距离不受限制 直流没有系统的稳定问题  交流为了满足稳定问题,常需采用串补、静补、调相机、开关站等措施,有时甚至不得不提高输电电压。但是,这将增加很多电气设备,代价昂贵。  直流输电没有相位和功角,不存在稳定问题,只要电压降,网损等技术指标符合要求,就可达到传输的目的,无需考虑稳定问题,这是直流输电的重要特点,也是它的一大优势。 直流对系统稳定影响  直流输电采用电子换流装置,具有快速响应的特点。直流传输功率在20 ~30ms 时间内就能跟随功率指令而阶跃变化。因此可以快速、灵活地调节Pd 的大小、方向,并参与对交流网络的功率调制。  不仅在正常运行时保证稳定地输出功率,而且在事故情况下,可通过正常的交流系统一侧由直流线路对另一侧事故系统进行紧急支援。或者在交、直流线路并联运行时,当交流系统发生短路,可暂时增大直流输送的功率以减小发电机转子加速,从而提高系统运行的稳定性。 自防护能力强  交流线路单相接地后,其消除过程一般约0.4~0.8秒,加上重合闸时间,约0.6~1 秒恢复。  线路发生故障后直流响应快、恢复时间短(单极0.2~0.35s)  整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁,电压降为零,迫使直流电流降到零,故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难  从自身恢复的能力看,交流线路采用单相重合闸,需要满足单相瞬时稳定,才能恢复供电,直流则不存在此限制条件。 自防护能力强  若线路上发生的故障在重合(直流为再启动)中重燃,交流线路就三相跳闸了。直流线路则可用延长留待去游离时间及降压来进行第2 、第3 次再启动,创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片结缘子损坏,交流必然三相切除,直流则可降压运行,且大都能取得成功。  对于占线% 的单相(或单极)瞬时接地而言,直流比之交流具有响应快、恢复时间短、不受稳定制约、可多次再启动和降压运行来创造消除故障恢复正常运行条件等多方面优点。 可有效限制短路容量  两个系统以交流互联时,将增加两侧系统的短路容量,有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。  直流互联时,不论在哪里发生故障, 直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流限制在额定值附近, 在直流线路上增加的电流都是不大的,因此 短路容量不因互联而增大 。 过负荷能力弱  交流输电线路具有较高的持续运行能力,受发热条件限制的允许最大连续电流比正常输电功率大的多,其最大输送容量往往受稳定极限控制。  直流线路也有一定的过负荷能力,受制约的往往是换流站。通常分2 小时过负荷能力、10 秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工程分别为10% 和25% ,后者视环境温度而异。  总的来说,就过负荷能力而言,交流有更大的灵活性,直流如果需要更大的过负荷能力,则在设备选型时要预先考虑,此时需要增加投资。 灵活的 潮流和功率控制  交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式,值班人员需要进行调度,但又难于控制,直流输电则可全自动控制。  直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。 直流输电对其控制的要求与挑战 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-潮流控制  Back-to-Back (B2B)  Long Distance Transmission (LDT )  Grid Power Flow Controller (GPFC) 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-功率调制 直流高可控性的应用-故障隔离 特高压交直流系统特性比较 1000kV交流输电 800kV直流输电 技术特点 中间可以落点,具有电网功能;输电容量大、覆盖范围广,同步电网可以覆盖全国范围,为国家级电力市场运行提供平台;节省架线走廊;线路(包括变压器)有功功率损耗与输送功率的比值较小;从根本上解决大受端电网短路电流超标和500kV线路输电能力低的问题,具有可持续发展性。 两端直流中间不落点,将大量电力直送大负荷中心;输电容量大、输电距离远、节省架线走廊;线路(包括换流站)有功功率损耗与输送功率的比值较大;在交直流并列输电情况下,可利用双侧频率调制有效抑制区域性低频振荡,提高断面暂(动)稳极限;解决大受端电网短路电流超标问题。 输电能力和稳定性能 输电能力取决于各线路两端的短路容量比和输电线路距离(相邻两个变电站落点之间的距离);输电稳定性(同步能力)取决于运行点的功角大小(线路两端功角差) 输电稳定性取决于受端电网有效短路比(ESCR)和有效惯性常数(Hdc)以及送端电网结构。 注意研究问题 1.随着运行方式变化,交流系统调相调压问题; 2.大受端电网静态无功功率平衡和动态无功功率备用及电压稳定性问题; 3.严重运行工况及严重故障条件下,相对薄弱断面大功率转移等问题,是否存在大面积停电事故隐患及其预防措施研究 1.大受端电网静态无功功率平衡和动态无功功率备用及电压稳定性问题; 2.多回直流馈入比较集中落点条件下,大受端电网严重故障是否会发生多回直流逆变站因连续换相失败引起同时闭锁等问题,是否存在大面积停电事故隐患及其预防措施研究。 特高压直流输电工程  800kV 云南 广东的特高压直流电输电工程,5000MW , 800kV ,1418km ,从云南楚雄到广东穗东。工程静态总投资超100 亿元,2009 年12 月28 日,世界上第一个 800 千伏特高压直流输电工程 云南至广东特高压直流输电工程成功实现单极投产开始单极投入运行。2010 年6 月18 日 ,双极竣工投运。  向家坝 上海 800 千伏特高压直流输电示范工程投入运行。 2010 年7月8 日。1907 km ,6400MW ,是我国自主研发、自主设计和自主建设的,是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程,也是我国能源领域取得的世界级创新成果,代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。  目前,世界上只有日本和俄罗斯拥有1000kV 特高压交流输电网络,且都是短距离输电。 800kV 的特高压直流输电工程在世界上尚无先例。 Thank you


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