分布参数电路模型及其在特高压线路保护中的应用研究

摘要

国民经济的快速发展促使电力需求日益增加。我国能源资源分布和生产力发展水平很不平衡,迫切需要在大力开发水电和火电的同时,建设以特高压为主干网架的跨大区、跨流域、大规模、远距离输电网络,建设更加坚强的电网以适应经济快速增长的需要,保障国家能源安全和经济安全。由于特高压输电线路分布电容大、线路通常较长,暂态情况下分布电容电流难以进行有效补偿。因此完善和修正一种精确考虑线路分布参数特性的线路模型—分布参数电路模型,研究基于该模型的特高压线路暂态量保护算法具有理论价值和工程意义。
　　本文首先采用“路”的分析方法,将输电线路等效为无穷多个微元电路级联,完善了已有分布参数电路模型,得到一种精确考虑线路分布参数特性的时域线路分布参数电路模型,该模型准确地反映了输电线上各点电流和电压随空间和时间的变化规律。提出该模型无需考虑电磁波在线路上的传输时间;提出在运用分布参数电路模型计算t时刻一端电流电压值时,需已知对端t-t0~t+t0时段数据;提出分布参数电路模型和基于传输线方程的线路模型均计及了二阶无穷小量。理论上,经相模变换该模型可应用于多相交直流系统。其次,采用ATP验证分布参数电路模型的正确性,结果表明该模型在单、三相暂稳态情况下均正确,基本不受线路长度、接地电阻、电源相角差和故障类型的影响;并利用实际电网故障信息对比分析分布参数电路模型和贝瑞隆模型的精度,结果表明所推导的模型由于精确考虑了线路的分布参数特性,精度更高;此外理论和仿真分析分布参数电路模型和单、双端贝瑞隆模型所需要的保护时间窗,结果表明三者所需保护时间窗相同。最后,本文提出基于分布参数电路模型的特高压线路暂态量保护—模型保护算法。当线路处于非内部故障运行状态时,经分布参数电路模型计算所得端电流和电压值与采样值基本相等;而在区内故障运行状态下,受故障支路的影响,计算值与采样值差异较大。基于此,本文将故障后较短时间内的一侧电流计算值和采样值的平均绝对误差和该侧电压计算值和采样值的平均绝对误差的乘积作为保护动作量,仅当动作量大于设定的门槛值时,保护动作。采用电流电压联合判别的方式,能提高保护的灵敏度。利用ATP电磁仿真软件搭建1000kv特高压输电模型,对常见线路故障情况下模型保护算法的性能进行初步的研究。结果表明该模型保护算法具有良好的可靠性、灵敏性和速动性,且具有故障选相能力。