含MMC-HVDC的交直流混合系统保护方案及其改进研究

摘要

近年来，随着直流输电技术的进步，柔性直流输电因其可控性强、不存在换相失败问题、易于构建多端直流系统等优点得到快速发展。模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）具有高度的模块化结构、可以扩展到任何电压等级、波形质量高和故障处理能力强等特点，在柔性直流输电实际工程中得到广泛应用。
　　随着直流系统容量的增加，强耦合情况下的混合系统在电网调度、协调控制等方面存在许多新的问题。对于含MMC-HVDC的交直流混合系统，其继电保护的动作机理和配置都与传统交流系统存在较大区别。本文对这一问题开展研究，对现有继电保护配置进行总结，在分析接入MMC-HVDC的交直流混合系统中存在的不正确动作基础上，提出保护改进方案。
　　本文首先按照保护对象的不同，将含MMC-HVDC的交直流混合系统划分为不同的保护区，对现有继电保护配置进行了总结。然后，从谐波影响、距离保护存在拒动、零序电压保护误动方面分析了接入MMC-HVDC的交直流混合系统中存在的不正确动作问题。在谐波影响方面，研究了MMC电平数、交流系统参数与输出谐波特性的关系，分析了由于谐波含量大和保护装置选择不合理而造成的误动。在此基础上，提出了防范措施，避免误动的发生。在距离保护方面，深入研究了 MMC-HVDC系统运行方式对交流线路距离保护的影响，揭示了距离保护Ⅱ段发生拒动的原因。从整定方法上出发，提出了基于公共连接点处量测信息的自适应距离保护方法能够克服 MMC-HVDC对距离保护Ⅱ段的影响。这样可以避免出现因保护覆盖下一线路过短时，本线路末端短路故障引起的距离保护Ⅱ段保护拒动的风险，减小了故障的清除时间，对电力系统的稳定运行具有重要的意义。在零序电压保护误动方面，建立了MMC平均值模型和零序等值网络，推导出MMC-HVDC系统的零序电压关系式，着重分析了零序电压保护误动的机理，并提出了保护改进方案。最后通过仿真验证所做分析和所提改进方案的有效性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 MMC-HVDC系统故障特性研究现状

1.3 MMC-HVDC系统控制和保护研究现状

1.4 本课题的研究内容

第2章 含MMC-HVDC的交直流混合系统保护方案

2.1 保护动作方式

2.2 保护系统中信号的测量

2.3 含MMC-HVDC的交直流混合系统保护配置

2.4 本章小结

第3章 MMC-HVDC馈入的谐波影响及防范措施

3.1 MMC调制方式与谐波性能

3.2 MMC电平数与谐波之间的关系

3.3 交流系统参数对谐波特性的影响

3.4 对继电保护的影响以及防范措施

3.5 本章小结

第4章 MMC-HVDC运行方式对交流线路距离保护影响

4.1 MMC-HVDC运行控制

4.2 MMC-HVDC对线路距离保护影响的理论分析

4.3 基于公共连接点量测信息的自适应距离保护

4.4 仿真验证

4.5 本章小结

第5章 站内交流母线零序电压保护误动分析及改进方案

5.1 站内交流母线故障分析

5.2 多端系统中站内交流母线零序电压保护误动

5.3 保护改进方案

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢