架空线路的过电压和绝缘协调多个终端MMC-HVDC链接风能交付

文摘

的voltage-sourced converter-based直流环节,包括模块化的多级转换器(MMC)配置,适用于风力发电、光伏能源和其他新能源交付和并网。目前的研究集中在MMC原则和控制和很少有研究对输电线路的过电压MMC-HVDC链接。主要原因是环境因素没有影响直流电缆和单相/故障率极低。但如果电缆取代架空线,虽然项目的建设成本将大大降低,单极接地率会更高。主要分析了过电压类型多个终端MMC-HVDC网络传输电力架空线。基于±500千伏多个终端MMC-HVDC风能交付项目,瞬态仿真模型构建和上面提到的过电压类型进行了研究。结果表明,最严重的过电压是健康的相邻行故障线路引起的直流断路器的故障清除。然后进行了架空线路的绝缘协调根据过电压水平。推荐的间隙值。

1。介绍

voltage-sourced转换器(VSC)建立高压直流(HVDC)输电系统被认为是广泛应用的风力发电,光伏能源、或其他类型的新能源交付和并网由于灵活控制有功功率和无功功率输出能力(1- - - - - -4]。的南汇MMC-HVDC示范项目和Nanao多个终端MMC-HVDC链接已经投入运营,实现了稳定可靠的风力发电传输(5,6]。

目前研究主要集中在MMC原则和控制和减少研究输电线路的过电压MMC-HVDC项目。还有一些研究多端的过电压特性MMC-HVDC [7,8]。国家电网北京经济技术研究院做研究大连MMC-HVDC项目考虑交流母线的短路故障时,电网侧和阀门的连接变压器、滤波电抗器、直流极总线。根据过电压的仿真结果,参考电压和开关脉冲承受电压转换器的恐鸟站测定(9]。基于反式湾MMC-HVDC项目,浙江大学研究了14种故障,发现最严重的过电压在阀侧单相接地故障引起的变换器的变压器,变压器的短路,接地短路故障在阀头,直流母线接地故障,直流线路接地故障。农业部提出了配置和绝缘配合方案。承受电压的设备是由确定性方法和边缘系数之间承受电压和脉冲过电压可能选为15%,20%,25%,切换冲动,照明冲动,和陡峭的脉冲,分别10]。

上述研究都集中在转换器站。大多数MMC-HVDC项目采用世界各地的电力传输电缆。埋在地下的电缆不受周围环境的影响,所以故障率较低(11,12]。然而,电缆线路是昂贵的和架空线可以大大降低了建筑成本。架空线易受周围环境,如闪电,污染,和单极接地故障率远远高于使用电缆线路。因此,有必要研究架空线路故障所产生的过电压支持线绝缘的设计。

本文在多个终端的架空线路的过电压水平MMC-HVDC项目。首先指出了主要过电压类型的架空线在多个终端MMC-HVDC链接。基于±500千伏多个终端MMC-HVDC风能交付项目,瞬态仿真模型构建和上面提到的各种过电压类型进行了研究。然后进行了架空线路的绝缘协调根据过电压水平。最后推荐的间隙值。

本文组织如下。部分2主要致力于分析过电压类型的架空线在多个终端MMC-HVDC链接,它和传统的点对点LCC-HVDC项目之间的差异,而部分3介绍了仿真过电压结果基于多个终端MMC-HVDC项目根据部分2。然后为架空线路进行绝缘协调和推荐的许可4。最后,结论部分5。

2。架空线路的过电压类型多个终端MMC-HVDC项目

LCC-HVDC系统通常是2终端采用架空输电线路和单极接地故障的发生概率是最高的。统计数据表明,单刀闪电闪络率±500千伏直流输电线路每年每100公里的0.28倍。在双极运行,接地故障发生在一个极会诱发慢前过电压的声音通过两极之间的耦合杆两端和行波反射和折射。过电压的大小可以由以下公式估计: 在哪里和零序、正序波阻抗的传输线,分别;接地电阻。

感应过电压的声音极单极接地故障引起的也应该考虑在多个终端架空线MMC-HVDC项目和过电压的大小可以通过公式(估计1)。为了提高MMC-HVDC项目的可用性,直流断路器将安装在直流侧故障清除。因此,线路故障应考虑清算过电压和重合闸过电压。(1)线路故障清除过电压主要指的是声音的过电压产生的极线和邻线故障跳闸。它相当于叠加一个电流源与反向故障电流断路器,当断路器中断故障电流。当前在相邻的声音行波传播和反射形成瞬态过电压。相关的故障电流变换器的主电路参数,直流断路器的操作特点,故障接地电阻。(2)直流线路时开启或重合,产生的过电压是由于不同的初始电压行到地上,迫使电压的转换过程。过电压的大小可以由以下公式估计: 在哪里是强制电压在过渡过程和结束吗是初始电压的在地上。

因此三种过电压如下,应该研究架空线的多端MMC-HVDC系统:(1)感应过电压对健康极线由单极接地故障引起的(2)故障清除过电压(3)关闭和重合闸过电压。

3所示。架空输电线路的过电压分析多个终端MMC-HVDC项目

3.1。仿真参数

3.1.1。主电路参数

一个4-terminal±500千伏MMC-HVDC风能交付项目,使用半桥和真正的双相连接,245年的水平,直流额定电压535 kV。交流电网的额定电压230 kV交付结束,可以把风力发电与17 kA三相短路电流,和额定容量为3000 MW正常操作下岛。交流电网的额定电压230 kV交付B,可以发送风能与17 kA三相短路电流,和B的额定容量1500 MW正常操作下岛。交流电网的额定电压525 kV交付结束C,它可以发送风能和18 kA三相短路电流,和C的额定功率是1500千瓦。交流电网的额定电压525 kV交付结束D,风能可以发送了63 kA三相短路电流,和D的额定功率是3000千瓦。

直流输电线路的长度4-terminal系统如图1。导体的类型是4×JL / G2A-720/50 12.8杆的距离,和地线是光缆的类型与12 - 150 m水平距离,加上金属回流管的模型JNRLH60 / G1A-400/35 9米的水平距离。典型的切塔塔模型图所示2,传输线模拟频率依赖在PSCAD(阶段)模型。换流站,限流反应堆排列的极线和金属返回线;电抗的值150 mH极线和300 mH在中性线。极线路避雷器的参考电压是629千伏和残余电压904 kV开关操作2 kA电流。

根据经验公式(3),电弧电阻在空气中可以计算: 在哪里电弧的长度是和rms。电流的单位安培。在仿真中,电弧电阻和接地塔是4 。

3.1.2。控制和保护模型的转换站

在PSCAD建立了双闭环控制器实现转炉警所一级的控制。双闭环控制可分为外部循环控制器和一个内部循环控制器。外回路控制器可以计算当前参考价值的电流型内循环控制器根据活跃和无功功率命令。内循环控制器使dq轴电流跟踪参考价值通过调节变频器的输出电压。中使用的控制系统仿真图所示3(13- - - - - -16]。

根据图3交流的动态微分方程,在三相静止坐标系中显示为 在哪里 ,是测量阶段,阶段B, C阶段电压在电网侧变换器的变压器,分别。 , ,和是测量阶段,阶段B, C阶段电流在电网侧变换器的变压器,分别。 , ,和是测量阶段,阶段B, C阶段电压变换器变压器阀侧,分别。是等效电抗。是等效电阻。

公园的转换后,有功功率注入的换流站交流系统是(5)。的无功功率注入的换流站交流系统是(6)。有功功率和无功功率的解耦控制可以实现: 在哪里和是轴和轴电压来自公园的转变 , ,和 ,分别。和是轴和轴电流来自公园的转变 , ,和 ,分别。

3.1.3。风力发电模型

两个风力发电场提供的电源2变电站4-terminal±500千伏MMC-HVDC项目。为了计算准确的过电压水平,风力发电场对过电压的影响。

在仿真中,基于电磁暂态模型变换建立了双馈式感应发电机。的坐标系统采用基于转子的旋转速度。电枢上的电压和电流,激动人心的方面满足(17] 在哪里和在电枢电压和令人兴奋的方面,分别。和在电枢电阻和电阻在激动人心的方面,分别。和在电枢电流和令人兴奋的方面,分别。和在电枢磁链矩阵和令人兴奋的方面,分别。ω是转子的角速度旋转。

3.2。过电压分析

两种操作模式被认为是在仿真:(1)正常模式:

所有的电台访问网络。(2)异常模式:

一些电台与网络,导致较长的输电线路比正常模式。

具体计算过程如下。直流工作电压535 kV的错。断层线分为十个部分。在每个部分接地线。断层线的断路器在结束旅行删除临时接地故障,并延迟时间后直流断路器再次接通。在接地引起的过电压和重合闸过程考虑。此外,故障引起的过电压在其他线也应该计算。

3.2.1之上。正常模式

所有钢管线的过电压水平如表所示1。990.77 kV (1.85 p.u的最大过电压。1 p.u。= 535 kV)出现在c线,由模拟线路故障引起的。c线的过电压分布和概率分布如图所示4。沿着线是伞形统计过电压分布。在线路过电压高和两端的线递减。这是由于安装避雷器的极线巴士,可以抑制过电压。

3.2.2。异常模式

所有极线路的过电压水平下模拟异常模式,这意味着一些站在模拟与直流电网。数以百计的仿真结果的最大过电压,不同的独立电台,以防发生C站是无关的。在本节中,输电线路的过电压C站无关的如表所示2。的最大过电压的峰值1034千伏(1.93 pu),出现在CD,由a - b正面线接地故障引起的。c - d线的过电压分布和概率分布如图所示5无关的情况下,C。的最大过电压波形和相应的钢管总线波形如图6。可以看出,最大过电压发生直流断路器打开过程中。根据时差的山峰,山峰的波形图6是由于不同的反射波速度正序和零序波。

4所示。极线的绝缘协调

根据IEC 60071 - 3,开关脉冲击穿电压的50%电线和塔之间的气隙可以计算(10),它可用于钢管线的绝缘协调:

在哪里是系统的最大电压(535 kV摘要),放电电压修正系数的空气密度和湿度开关的脉冲电压,过电压的单位价值,标准偏差。

高度改正可以由IEC 60071 - 2和安全裕度。计算公式是显示 在哪里是米的海拔高度测量的价值取决于类型的电压脉冲。

气隙的放电曲线双路塔是由CEPRI测试上层的±500千伏直流双路传输线,气隙的放电曲线的单电路测试塔在±500千伏真正与v型绝缘子串类型塔。气隙击穿曲线可以通过指相关论文(18]。计算空气间隙的单电路和双电路在一个塔开关脉冲电压下表所示3。所需的空气间隙值被认为是在正常模式和正常模式(没有C变电站)。

5。结论

(1)它不同于断路器采用MMC-HVDC系统和LCC-HVDC面对输电线路的过电压。在LCC-HVDC,只有声音行上的感应过电压引起的单刀线路故障。除了感应过电压,输电线路的故障清除过电压和重合闸过电压必须考虑的多端MMC-HVDC项目。(2)统计上的过电压引起的声线接地故障提出了伞形分布。在线路过电压高和两端的线递减。本文模拟项目1.93 p.u的过电压。,发生在直流侧的直流断路器清算失败。直流断路器引起过电压的抑制措施需要进一步研究。(3)所需的最小间隙开关脉冲过电压下的极线可以选择0 m的海拔2.79米。不同气隙选择各种输电线路也推荐。(4)过电压的产生机制尚未得到明确的解释。线长度的定量影响,阀侧的接地模式转换器,和网络结构上的过电压水平应该进一步研究来支持工程设计。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢提供的支持国家重点研究和发展计划(批准2016 yfb0900900)和中国国家电网的过电压和绝缘协调技术研究项目±500千伏柔性直流电网(gy71 - 15 - 076)。

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