基于固有频率的VSC-HVDC直流线路故障测距及保护研究

摘要

基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)系统能够以经济、环保的方式将分散的清洁能源接入交流电网，扩展了传统高压直流输电技术向分布式能源方向发展的方向，使得直流输电技术更好地应用于输、配电整个领域。因此VSC-HVDC系统将对未来电力传输和分布式能源技术产生很大的促进作用。目前对VSC-HVDC系统的主要研究大都是针对运行和控制方面，对线路故障的研究较少，本文对VSC-HVDC直流输电线路故障测距和保护进行了研究。
　　由于现有时域行波法存在种种不足与缺点，基于频域的研究方法逐渐引起了学者的重视。行波在线路两端多次反射和有限长度线路的延时效应共同作用的结果在频域上表现为一系列频率的谐波总和，称为行波的固有频率，该频率的大小与故障点位置有关。而直流输电线路不同于交流线路，除直流极线外无其它出线，固有频率信号更强，理论上更易提取。本文在分析VSC-HVDC系统输电线路的特点和故障机理的基础上，对基于固有频率的线路故障测距和区内外保护进行了研究。
　　在故障测距方面，本文提出利用系统边界特性、故障距离和固有频率之间的关系的一种单端故障测距算法，通过MUSIC（多信号分类）频谱估计法提取故障行波固有频率，结合该频率下的波速准确计算故障距离。在电磁仿真软件PSCAD/EMTDC上进行大量不同故障类型、故障位置的仿真，并验证了本文算法的可行性。
　　在区内外保护方面，本文通过分析VSC-HVDC中发生直流线路故障、VSC换流站故障及与VSC联接的交流系统故障情况下固有频率的区别，形成保护判据，构建完整的线路保护方案。在MATLAB中编写双端固有频率保护算法程序，对不同情况下的各类故障进行保护算法测试，验证了本文所研究算法的可靠性和准确性。
　　总之，本文所研究的基于固有频率的单端测距和双端保护算法，在一定程度上克服了时域行波法的不足，具有一定的研究前景。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1．研究的目的和意义

1．2．国内外研究现状

1．2．1．直流线路故障测距

1．2．2．直流线路保护

1．3．论文的主要研究内容

2．VSC-HVDC系统

2．1．VSC-HVDC工作原理

2．1．1．VSC的基本拓扑结构

2．1．2．VSC的基本运行原理

2．1．3．VSC-HDVC的基本控制

2．2．VSC-HVDC系统故障类型

2．2．1．直流输电线路故障分析

2．3．VSC-HVDC仿真建模

2．3．1．软件简介

2．3．2．模型搭建

2．3．3．控制方式

2．4．本章小结

3．基于固有频率的VSC-HVDC输电线路故障测距

3．1．行波固有频率理论

3．2．单端固有频率测距

3．2．1．模量变换

3．2．2．VSC-HVDC直流线路的固有频率测距原理

3．2．3．固有频率的提取方法

3．2．4．算法流程

3．3．仿真测试

3．3．1．双极故障

3．3．2．单极故障

3．4．本章小结

4．基于固有频率的VSC-HVDC输电线路保护

4．1．直流线路的固有频率保护研究

4．1．1．不同故障情况下固有频率特征

4．1．2．保护判据

4．2．仿真测试

4．2．1．区内故障

4．2．2．区外故障

4．3．本章小结

5．总结与展望

5．1．研究工作总结

5．2．研究工作展望

致谢

参考文献

硕士期间研究成果