贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化.pdf

  • 文档大小:552.13 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 7页
  • 2021-06-25 发布
  • 举报
贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化1 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化2 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化3 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化4 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化5 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化6 贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化7
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共7页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第38卷第23期2010年12月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、,01.38NO-23Dec.1,2010贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化赵军,曹森2,刘涛,张爱玲(1.中国南方电网超高压输电公司贵阳局,广东广州,51062O;2.许继电气直流输电系统部,河南许昌461000)“”摘要:南方电网主网架强直流弱交流的特点,使得交流系统对直流系统的依赖性很强,因此直流系统的稳定运行对南方电网十分重要。针对南方电网的特点,对直流系统故障率比较高的直流线路故障以及直流线路故障再启动动作策略(DCFR)进行深入研究,同时结合南方电网贵广直流输电工程,对直流线路故障重启动策略在贵广工程的应用进行深入研究,并提出了优化的直流线路故障重启动策略,并对该策略在RTDS仿真系统上进行仿真验证,试验结果良好。由于南方电网的几条直流输电工程的控制策略相似,所以该研究成果对南方电网其他直流输电工程也有借鉴和参考的价值。关键词:高压直流输电;直流线路故障再启动策略;RTDS仿真ResearchandoptimizationOilDClinefaultrecoverystrategyusedinGui-GuailgHVDCprojectZHAOJun,CAOSen,LIUTao,ZHANGAi.1ing(1.GuiyangBureau,CSGEHVPowerTransmissionCompany,Guangzhou510620,China;2.HVDCDepartmentofXJElectricCo.,LTD,Xuchang461000,China)Abstract:Thefeatureofs ̄ongDCsystemandweakACsystemintheCSPGresultsthatACsystems ̄onglydependsontheDCsystem,SOthestabilityofDCsystemplaysanimportantroleinthewholesystem.Accordingtothis,thepaperdoesaresearchontheDClinefaultwhichhasmuchhigherfaultrateintheDCsystemandhowtorecoveryfromtheDClinefault,especiallymakesthe—deepresearchonhowtoapplythisstrategytoGuiGuangHVDCproject,andgivessomeusefulsuggestionsonhowtorecoveryfromDClinefault.TheresultofRTDSsimulationshowsthatthismeasureiSeffectiveforthewholesystem.TheresukalsohasreferencevaluefortheotherHVDCprojectsintheCSPGduetothesimilarityofcontrolstrategybetweenseveralHVDCprojects.Keywords:HVDC;DLFR;RTDSsimulation中图分类号:TM71文献标识码:A文章编号:1674-3415(2010)23.0126.070引言南方电网由广东、广西、贵州、云南四省(区)电网及南方公司直属电网组成,并通过广东电网与港澳电网相连,东西跨度2000km。两广的能源资源仅占该地区的8.9%,而国民生产总值(GDP)却占四省总和的80%。能源分布与经济发展不平衡决定了必须实施西电东送,以实现资源的优化配置和促进东西部经济可持续发展。直流输电功率调节迅速灵活,输电距离不受同步运行的稳定性限制,是较理想的远距离大功率输电方式,其运行控制性能对电力系统的安全稳定运行影响深远。如果能够充分发挥直流系统快速调节和具有一定过载能力的特点,则可提高交流系统的稳定性或抑制交流系统的振荡。直流输电不仅是电网在正常情况下远距离交换功率的有效手段,在紧急情况下还可以为交流系统提供紧急功率支援【】】。直流输电功率调节迅速灵活,输电距离不受同步运行的稳定性限制,是较理想的远距离大功率输电方式J。2000年12月26曰,天广直流输电工程极I投运,标志着我国第一个交直流并联运行电网正式形成。目前南方电网的9条西电东送大通道,每条长度都在1000krn左右。此外天广、贵广直流与6条500kV交流通道并联运行;三广、天广、贵广直流同时馈入广东500kV主网架,换流站间电气距离较近【jJ。“”南方电网主网架强直流弱交流的现状,电网对直流系统的依赖性很强,对直流系统运行的方式也有着严格的要求。直流线路故障是直流输电系统最常见的故障之一,极控系统设计的直流线路故障重启策略就是针对直流线路故障而选择的一项优化控制策略,该控赵军,等贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化一127一制策略对减少单极停运,保证系统稳定有着重要的作用,所以对直流线路故障再启动策略的优化以及在直流工程应用的探讨对整个南方电网的稳定运行有着重要的意义。线路故障再启动动作策略涉及到主网架方式要求、直流系统运行特点以及直流控制保护系统的核心软件。本文以贵广I回直流为例,通过对直流线路故障再启动动作策略进行研究,在对直流线路故障重启动功能深入研究的基础上,提出了针对南方电网网络特点的直流线路重启动的优化实施方案,通过对控制保护软件的修改实现该优化方案,该方案既保证双极的直流线路故障再启动功能之问的相互协调,又提高直流输电系统的可靠性,同时也保证南方电网系统的稳定性。由于贵广I回工程、贵广II回的控制保护系统均采用相同的体系结构和技术风格,因此本文的研究成果同样适用于贵广II回直流工程。1直流线路故障重启动策略贵广工程的直流线路故障重启动策略是:在直流输电系统中,如果直流线路出现故障,直流保护系统动作,产生直流线路故障信号,直流保护系统通过硬触点将直流线路故障信号送到极控系统,极控系统快速响应,启动直流线路故障重启动逻辑。直流线路故障重启动执行以下顺序过程:整流侧检测到直流线路故障后,控制系统将触发角调节到120。,此时触发脉冲保持释放状态,直流系统的能量将快速释放,经过设定的放电时间后,直流系统按设置的电压等级自动执行重启动顺序。如果系统重启以后直流线路故障消失,则系统继续运行;如果重启后直流线路故障依然存在,控制系统继续执行重启动顺序过程,当重启动次数达到运行人员设定值时,控制系统将启动闭锁顺序,直流系统停运。逆变侧检测到直流线路故障后将信号送至整流侧并调节触发角为120。,此时直流电压降低,当整流侧重启动成功建立直流电流之后,按照设定的直流电压值重新调整触发角[4-5]。运行人员可以在操作员工作站设置直流线路故障重启次数、每次故障重启动之间的直流线路放电时间以及每次重启动之后的电压等级。重启动次数的选择范围为0~5,如果选择了0次则意味着退出直流线路故障重启功能;直流线路放电时间可以在100 ̄500ms之间选择,5次重启动时间必须按照由4,N大顺序排列;电压等级选择全压启动或者降压启动。2南方电网的特点南方电网地理气象条件复杂,雷害、污闪、台风、覆冰等问题严重威胁电网安全,雷电是影响电力系统运行的最主要的外部因素。尤其是南方电网五省区属雷电活动强烈地区,落雷密度大,容易被雷击,年度雷暴日均80~100日,部分地区如海南澄迈、广东清远雷电日超过100日。所以南方电网线路故障问题特别突出例如,2008年1月25日因覆冰单日跳闸达18次,为全年平均值的二十几倍;2007年4月23日受雷暴雨影响,17时40分至18时26分,贵州青岩地区500kV线路跳闸4次,500kV母线跳闸1次Lb】。 ̄L#I-南方电网是我国第一个交直流混合运行的大电网,直流落点集中,西电东送通道长期压极限运行,电网稳定问题突出,主要表现在:f11功角稳定问题南方电网是一个交、直混合系统,当交流系统故障跳闸,可以利用直流系统的调制和过负荷能力,快速提高直流的输电功率,帮助交流系统迅速达到能量和功率的平衡。同时这个系统是强直弱交型,当直流发生双极闭锁时,如果交流系统的潮流较大,直流闭锁转移来的功率会使交流通道电压急剧下降,甚至会使系统失稳,还可能由于电压降低造成其他直流线路闭锁的连锁反应等问题。另外,交流系统故障期间,直流系统可能会发生换相失败而无法输送功率,直流功率强制转移到并联交流系统,加大了对交流系统的冲击;而且,交流故障切除后,随着交流系统特别是直流换流母线电压的波动,直流输送功率也会相应产生波动,可能加剧交流系统电压、功角的摆动,恶化系统稳定。(2)动态稳定问题南方电网为长距离链式结构,东西跨度长,输送功率大,区域振荡模式阻尼较弱,先后发生过多次低频振荡。(3)电压稳定问题系统的中部广西电网和受端的广东电网,动态无功支撑能力较弱,直流系统故障引起直流系统单极或双极闭锁,直流功率发生转移,对与之并联运行的交流通道冲击较大,潮流转移引起线路无功损耗大大增加,增加了中间支持系统和受端系统的无功损耗,降低了系统的动态无功备用,严重情况下,可能引发暂态电压稳定问题j。通过对南方电网2010年运行方式的电压稳定分析,以及对贵广II直流双极闭锁故障临界失稳状态的动态仿真,结果表明:直流的双极闭锁故障会引起系统发生电压稳定.128一电力系统保护与控制问题。在2010年方式下,云广特高压直流发生双极闭锁会导致系统失稳[8]o3直流线路故障直流线路重启动策略的优化3.1直流线路故障重启动优化方案的提出如果直流系统的两极同时执行直流线路故障恢复顺序,根据直流线路故障的执行顺序,两极输送的功率将同时消失,在直流线路故障去游离时间结束之后,系统将同时重启动,如果重启动成功,直流系统将快速恢复直流功率的传输,由于直流系统的响应时间比较快,按照一次重启进行计算,整个过程持续时间约500mS。这种双极的直流线路故障重启动过程相当于执行了一次双极闭锁和一次双极启动过程,这种直流功率的波动对于南方电网这种“”强直流弱交流系统来说,将对电网造成极大的冲击,因此南方电网调度规定,在系统小方式下运行时,直流系统只允许单极一次直流线路重启。根据南方电网的特点,为减小双极直流线路同时启动对整个系统的影响,对贵广直流工程直流线路故障的重启动策略进行优化,优化方案如下:(1)极事故闭锁(含紧急停运、线路故障再启动不成功闭锁)后,应经过一定时间延时tl(该延时可调整,例如15min)后才允许启动另一极的直流线路故障再启动功能;(2)一极发生直流线路故障正在重启恢复过程中,如果另一极也发生了直流故障,则可以根据当前交流系统运行条件选择直接闭锁双极或者双极相互独立启动直流线路故障重启动功能。(3)一极直流线路故障重启动成功之后,必须经过一定时问延时(该延时可调整,例如10S),等到系统稳定运行之后,才允许启动另外一极的直流线路故障重启功能。3.2优化方案的实现原理为了保证该方案的正确实施,需要修改直流工程控制保护系统软件,根据贵广工程的情况,控制保护软件的修改原理如图1所示。需要在两极之间传递对极的直流线路故障信号和对极正在执行直流线路重启动功能的信号,这些信号输出到对极的DLFR的启动逻辑,DLFR的启动逻辑根据系统运行的工况和运行人员下发的相应定值决定是否启动本极的直流线路故障重启动顺序。图中的虚线为新增加的信号,在实际工程实施过程中该信号要采用硬接线信号,从而保证控制系统快速响应。图1直流线路故障重启逻辑优化原理图Fig.1SchematicdiagramofoptimizingDLFR3.3优化方案的试验验证为了保证实施优化方案后功能的正确性,在贵广I回直流输电工程的RTDS控制模型上,根据上述方案对控制模型进行了修改,相应的逻辑如图2所示,并进行了相关的试验。方案(1)仿真试验时,设定一极紧急停运之后,另外一极5S之后允许启动直流线路故障恢复顺序,极2故障重启次数为2次,重启电压均为500kV,然后模拟极l阀短路故障,极1紧急停运,并在8S后触发极2的直流线路故障,故障时间300ms,试验录波图如图3所示。从试验录波图中可以看出极2线路故障后系统重启成功;同样的条件下极1紧急停运后3S触发极2的直流线路故障,故障时间300ms,试验录波图如图4所示。从试验录波图中可以看出极2线路故障后没有重启动而是直接闭锁,符合系统优化设计要求。方案(2)仿真试验时,模拟在双极线路故障菜单中选择双极继续运行,设置极1和极2故障重启次数均为2次,重启电压均为500kV,两次放电时间分别为200ms、300ms,模拟双极直流线路故障,试验录波图如图5所示,从试验录波图中可以看出模拟双极直流线路故障后,双极均重启动成功;模拟在菜单中选择闭锁双极,同样条件下模拟双极直流线路故障,试验录波图如图6所示,双极均未重启直接闭锁,符合系统优化设计要求。方案(3)仿真试验时,设置直流线路故障之后5S后允许另外一极启动直流线路故障顺序过程,设置极1和极2故障重启次数均为2次,重启电压均为500kV,然后模拟极1直流线路故障,3S后极2直流线路故障,故障时间为300ms,极1重启两次成功,极2直接闭锁试验录波图如图7所示。同样极1直流线路故障后8S极2线路故障,两极均重启成功录波图如图8所示,符合设计要求。图3~图9中的录波信号定义如表1。赵军,等贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化.129.边沿检测器边培检测器关闭延时三输入与门图2贵广工程RTDS模型的新增逻辑Fig.2LogicaddedinRTDSmodelofGuiguangHVDCtransmissionproject—Ⅱ^l1—口0fl6_1.c——20090905IT:54:2T.659—B0n∞”””【)一800000瑚9n99862tJg800,l73341996651996006533T199dGT8ld00el3∞’’∞f)一8000.100000。600000。15000002000000。2700000,d0odl00—而面图3极1紧急停运之后8S极2直流线路故障录波图Fig.3Wavesofpole2DCLF8safterpolelESOF图4极1紧急停运之后3S极2直流线路故障录波图Fig.4Wavesofpole2DCLF3safterpolelESOF章一00一00s一.130.电力系统保护与控制6———6_2cfg2009090520:46:ll2686—7.cfg—200999一O618:24:17794I一…—∞∞05000oo-20∞l∞∞d0t0o00olooooooI瑚000l6。0o00zqoo6002z0。0。0…【-)800∞2嘲∞∞0。0O0Old40咖…2000…03z20啷∞∞d00000oo图5双极直流线路故障之后双极继续运行Fig.5WavesofbipolecontinuerunningafterDCLF0_—“’52.c200009一O520:47:24.325——【)-800000500000406000200000000020oooo400o0060000o蛳0001o0o咖z200000图6双极直流线路故障之后双极直接闭锁Fig.6WavesofbipoleblockedafterDCLF图7极1直流线路故障之后,3s后极2直流线路故障Fig.7Wavesofpole2DCLF3safterpolelDCLF60c—20000005l0:31:28067ⅫⅫ)-删00042000o1240oo020,¥000028800ooST00aoo45200oo5∞∞5l0o06}090T咖咖图8极1直流线路故障之后,5s后极2直流线路故障Fig.8Wavesofpole2DCLF5safterpole1DCLF赵军,等贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化.131.—6_l1.cfg2009-0905l5:47:2I432.-I,yfffl/1.厂¨1JIf\4f1J}JI1jIlI\:ffll∞fm)一80o000一d0000000dO0000∞鲫000120000016006002000CO02枷00。2800000,2000图9极260EL动作出口由闭锁改为强制移相波形图Fig.9WavesofFRinsteadoftheblockactionof60EL表1录波信号定义Tab.1Definitionofrecordingsignal录波名称信号定义UDLA1/UDLA2极l/极2整流站直流线路电压IDHA1/IDHA2极1/极2高压母线电流UDLB1/UDLB2极1/极2逆变站直流线路电压IDHB1/IDHB2极1/极2高压母线电流ALPHAA1/ALPHAA2极l/极2触发角GA^^B1/GAMMAB2极1/极2关断角Rect/MPEN/DCLF整流侧/阀解锁/直流线路故障4线路故障出口动作策略优化贵广工程的接地极不平衡保护设计的出口策略为:第一段发出双极平衡请求命令到极控系统;第二段执行紧急停机命令,由于接地极不平衡保护属于双极保护,保护II段动作之后,将直接导致双极停运。直流线路横差保护的出口策略为:如果直流线路横差保护动作,直接执行紧急停运顺序。由于南方电网的特点,直流线路雷击故障比较频繁,容易造成接地极保护和金属回线保护动作,造成不必要的系统停运。为减少直流系统的强迫停运次数,提高直流系统的可用率,对这两种保护的出口策略进行优化,具体的优化方案为:保护动作之后,首先执行直流线路故障重启动过程。按照该方案修改直流保护接地极不平衡保护和直流线路横差保护的出口策略,保护出口方式由闭锁直流系统改为请求极控系统执行直流线路故障恢复过程。相关的RTDS试验波形如图9所示。极2单极大地回线方式、直流功率1500MW,模拟整流侧接地极引线金属接地故障,接地极线电流不平衡保护(60EL)动作,发出启动直流线路故障恢复过程至极控系统,极2重启动成功。5结论本文针对南方电网的特点,为防止双极直流线路故障,双极直流线路重启动引起系统的稳定,对双极直流线路故障重启动逻辑进行优化;同时利用直流线路故障可恢复的特点,利用直流线路故障恢复顺序功能,对贵广工程中的直流线路保护出口策略进行优化设计,减小系统停运几率,提高系统的可用率,同时搭建贵广工程RTDS仿真系统,对优化的直流线路故障策略和保护出口逻辑进行试验验证,保证功能可靠,并且可以直接应用于实际工程。和交流系统相比,直流系统具有调节速度快,故障恢复时问短的优点,但是在实际应用中,由于系统的特点不同,直流系统的功能配置,例如直流线路故障恢复功能,在某些应用中,有利于整个系统的稳定,例如单极直流线路故障的快速恢复,但是同时也可能成为影响系统稳定的一个重要因素,例如双极直流线路故障重启动功能,所以在实际的工程应用中,要针对不同直流系统的不同特点,对控制保护功能在进行详细研究,充分发挥直流系统的优点,为直流工程服务。参考文献[1]杨卫东.南方电网中直流系统对交流系统的紧急功率支援[J].电力系统自动化,2003,27(17):68.72.YANGWei-dong.EmergencyDCpowersupporttoACpowersysteminthesouthChinapowergrid[J].AutomationofElectricPowerSystems,2003,27(17):—6872.[2]钟庆.现代控制技术在高压直流输电系统中的应用及—其发展fJ].继电器,2006,34(9):8086.一132一电力系统保护与控制(上接第120页continuedfrompage120)[8]屠黎明,胡敏强,肖仕武,等.发电机定子绕组内部故障分析方法[J].电力系统自动化,2001,25(17):47.52.—TULingming,HUMin-qiang,XIAOShi-WU,eta1.Researchmethodsofthegeneratorwithinternalarmaturewindingfault[J].AutomationofElectricPowerSystems,—2001,25(17):4752.——[9]Young・JunKim,JangMokKim,ByeongYeolYoon,eta1.Detectionofshorted-turnsintherotorwingdingofcylindricalsynchronousgeneratorsusingdiscretewavelettransform[C].//AppliedPowerElectronicsConference—andExposition,2006.APEC、06.TwentyFirstAnnualIEEE.2006.[1O]王树勋.高阶统计量在系统理论中的应用fJ].自动化学报,1994,20(6):710.717.—WANGShuxun.Applicatonofhigh・orderstatisticsinsystemtheory[J].ActaAutomaticSinica,1994,20(6):710.717.[11]石要武,戴逸松,宫文斌.色噪声背景下正弦参量估计的互谱矩和SVD方法[J1.电子科学学刊,1995,17(1):13.19.—SHIYao-wu,DAIYisong,GONGWen.bin.ParameterestimationofsinusoidalembeddedincolorednoiseviacrossspectrummatrixandSVDmethod[J].JournalofElectronics,1995,17(1):13.19.[12]石要武,戴逸松,宫文斌.有色噪声背景下正弦信号频率估计的互谱Pisarenko和MUSIC[J].电子学报1996,24(10):46.50.——SHIYaowu,DAIYisong,GONGWen.bin.PisarenkoandMUSICmethodofcrossspectrumforsinusoidalparameteestimationoncolornoisebackground[J/.ActaElectronicsSinica,l996,24(10):46.50.收稿日期:2009-12-09;—修回日期:2010-0206作者简介:王洪希(197卜),男,硕士,副教授,研究方向为电力电子及电机控制、电机状态监测及故障诊断;E.mail:wang_hongxi71@163.tom刘诤(1971一),男,学士,工程师,从事电气自动化专业工作:田伟(197卜),女,硕士,讲师,研究方向为电力系统自动化和电能质量控制。
乘风破浪
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档