高压直流输电线路暂态保护研究

论文摘要

目前,高压直流输电线路行波保护的提出均未充分利用区内、外故障的特征差异,导致保护存在动作可靠性较差、抗过渡电阻能力较低、易受噪声干扰等缺陷；并且由于故障时不平衡电流的影响,电流纵联差动保护也不能较好地实现其后备保护的作用。本文利用频率相关参数输电线路和直流线路边界对区内、外故障时暂态分量产生的差异构造边界保护判据；根据区内、外故障时直流线路两端行波传输特点的不同构造行波差动保护判据作为后备保护。首先分析频率相关参数输电线路和直流线路边界的频率特征以及二者对故障暂态特征的影响,发现线路故障后暂态分量中包含边界主频和位置主频。位置主频是由故障行波在传播过程中经边界的折反射后相互叠加而产生的宏观上的周期分量；边界主频是由线路边界的频率特性使电气量在该频率处存在极点,从而产生衰减的周期分量。由于电压传递函数中零点的作用,使其在区内、外故障时的特征差异被抵消,而电流在区内、外故障时的特征差异相对比较明显,特别是考虑到线路的频率相关特性以及过渡电阻的影响,发现长度为1000km线路区内、外故障的频率特征差异主要体现在[500Hz,3000Hz]频带范围之内。在此基础上,利用小波变换作为带通滤波器,快速、准确地提取以1500Hz为中心频率的电流高频分量构造双极输电线路边界保护原理和整体方案；并且考虑到电流差动保护延时过长等缺陷,本文还提出了基于全电气量的行波差动保护原理和方案。PSCAD仿真结果表明：当线路长度为1000kmm时,边界保护在线路末端的抗过渡电阻能力可达到500Q,最长动作时间不超过10ms。行波差动原理具有良好的稳态和暂态特性,有效地避免了由线路对地电容和VDCOL控制环节产生的不平衡电流的影响,当线路长度为800kmm时,线路范围内保护的抗过渡电阻能力达到500Ω,最长动作时间不超过20ms。二者均可以正确判断区内、外故障,准确识别故障极线路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 HVDC线路行波保护研究现状
• 1.2.1 HVDC行波保护研究现状
• 1.2.2 关键性问题的提出
• 1.3 课题主要研究内容
• 第二章 高压直流输电线路行波保护仿真分析
• 2.1 高压直流输电线路保护配置
• 2.2 仿真模型
• 2.3 Siemens行波保护仿真分析
• 2.3.1 Siemens行波保护判据
• 2.3.2 Siemens行波保护仿真实例
• 2.3.3 Siemens行波保护动作性能分析
• 2.4 ABB行波保护仿真分析
• 2.4.1 ABB行波保护判据
• 2.4.2 ABB行波保护仿真实例
• 2.4.3 ABB行波保护动作性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 高压直流输电线路故障特征的频谱分析
• 3.1 频率相关参数输电线路的传播特性
• 3.1.1 频率相关参数输电线路的传播方程
• 3.1.2 线路波阻抗及传播函数的频率特性
• 3.1.3 频率相关参数直流线路的波过程
• 3.1.4 直流线路边界的频率特性
• 3.1.5 直流线路边界透射系数的频率特性
• 3.1.6 直流线路边界反射系数的频率特性
• 3.2 线路电气量的频率特性分析
• 3.2.1 电气量的频率特性分析
• 3.2.2 位置主频
• 3.2.3 边界主频
• 3.2.4 故障时主频的偏移
• 3.3 区内、外故障特征差异
• 3.3.1 正方向区外故障时故障电流的频率特性
• 3.3.2 反方向区外故障时故障电流的频率特性
• 3.3.3 区内故障时故障电流的频率特性
• 3.3.4 区内、外故障时故障电流的特征差异
• 3.4 双极HVDC暂态分析方法
• 3.4.1 双极HVDC输电线路的解耦
• 3.4.2 双极HVDC输电线路频率特性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 边界保护原理及算法
• 4.1 边界保护原理与算法
• 4.1.1 故障信息的提取方案
• 4.1.2 故障信息的提取算法
• 4.1.3 区内、外故障判据和门槛值
• 4.1.4 时间窗与采样频率
• 4.2 故障选线原理与算法
• 4.3 边界保护整体方案
• 4.4 边界保护判据的PSCAD仿真验证
• 4.4.1 区内故障
• 4.4.2 区外故障
• 4.4.3 过渡电阻对保护的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 双极高压直流输电线路行波差动原理与算法
• 5.1 行波差动保护基本原理和算法
• 5.1.1 行波差动保护原理
• 5.1.2 双极直流线路行波差动保护原理
• 5.1.3 故障选线原理
• 5.2 保护整体方案
• 5.2.1 行波差动保护模块
• 5.2.2 故障选线模块
• 5.3 仿真验证
• 5.3.1 区外故障
• 5.3.2 区内故障
• 5.3.3 过渡电阻对灵敏度和动作时间的影响
• 5.3.4 潮流方向变化对保护可靠性的影响
• 5.3.5 线路参数误差对保护可靠性的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文