高压直流换流站关联区域继电保护研究

摘要

进入21世纪后，能源消费结构的不合理引起的环境资源问题日益突出，为解决中国经济发展与环境资源的矛盾，应大力发展清洁能源和可再生能源。而我国电力资源与用电区域分布十分不平衡，决定了“西电东送”的必要性。相较于传统的交流输电，直流输电技术在远距离输电方面具备损耗低、传输容量大、控制灵活等优点，在我国得到了广泛的应用。大规模直流输电工程的投入给电网带来新的特征，在交直流系统关联区域发生故障时，交流与直流系统相互作用，导致故障特征发生变化。而传统继电保护主要依赖就地电气量信息形成保护判据，在交直流系统的作用下，其保护性能会受到影响。因此，为了保证电力系统的安全稳定运行，应对直流换流站关联区域的继电保护进行更为深入的研究，提高继电保护的可靠性，使其能够适应电力系统交直流混联输电的新特征。 本文对高压直流换流站继电保护进行研究，着重分析了换流器区保护的配置组成、基本原理和保护判据，并在PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件上搭建高压直流输电模型，利用Matlab仿真软件编写换流器区保护程序，通过仿真的方法对直流保护的动作特性进行研究。系统研究分析了直流保护在区内、区外故障时的动作情况，对易受交流系统故障影响的直流保护进行剖析。 为了解决直流换流站关联区域继电保护存在的问题，在直流保护方面，基于层次化保护利用信息共享构建保护系统的思想，提出利用广域保护改善直流后备保护性能的保护方案，解决直流后备保护与交流保护配合困难的问题；在交流保护方面，提出基于高压直流换流站站域信息检测的交流线路距离保护新方法，通过对故障后换流站逆变器换相失败的检测，改善在直流发生换相失败时，交流系统距离保护性能变差的问题，避免换相失败给距离保护带来的影响，并通过仿真验证了方案的可行性。

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摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 引言

1.2 交直流系统故障分析及广域保护研究现状

1.2.1 交直流系统故障分析研究现状

1.2.2 直流100Hz后备保护改进措施研究现状

1.2.3 广域继电保护研究现状

1.3 论文的主要内容和章节安排

2 换流器区保护原理

2.1 直流换流站保护区域划分

2.2 换流器区故障类型

2.3 换流器区保护原理

2.3.1 换相失败保护

2.3.2 短路保护

2.3.3 直流差动保护

2.3.4 桥差保护

2.3.5 阀组差动保护

2.3.6 直流低电压保护

2.3.7 50/100Hz保护

2.3.8 其他辅助保护

2.4 直流保护计时原理

2.4.1 持续满足判据的延时动作

2.4.2 计次动作

2.4.3 累积动作

2.5 本章小结

3 交直流混联区域典型故障保护动作仿真

3.1 直流模型搭建

3.1.1 ±800kV特高压直流输电系统模型的搭建

3.1.2 直流保护配置

3.2 整流侧故障

3.2.1 换流器区区内故障

3.2.2 交流系统故障

3.3 逆变侧故障

3.3.1 换流器区区内故障

3.3.2 交流系统故障

3.4 本章小结

4 基于信息共享的换流站后备保护改进方法

4.1 交流故障对换流站保护的影响

4.1.1 桥差保护和阀组差动保护

4.1.2 直流低电压保护

4.1.3 100Hz保护

4.1.4 直流后备保护与交流保护配合的局限性

4.2 基于信息共享的广域保护模式的提出

4.2.1 基于相邻变电站信息交互的广域保护构建方案

4.2.2 广域保护故障识别及算例分析

4.3 基于广域保护系统的换流站后备保护改进方法

4.3.1 交直流保护时序配合关系

4.3.2 直流后备保护改进方案

4.4 本章小结

5 基于高压直流换相失败信息检测的交流线路距离保护新方法

5.1 换相失败对工频距离保护的影响分析

5.2 基于换相失败信息检测的交流线路距离保护新方法

5.2.1 换相失败判据的提出

5.3 仿真验证

5.3.1 模型搭建

5.3.2 仿真结果分析

5.4 本章小结

6 全文总结

6.1 总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致 谢

附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 作者在攻读硕士学位期间主要的科研工作