特高压直流输电线路保护新原理研究

摘要

特高压直流输电线路是电力系统的大动脉，肩负着能源产地与用电中心区域之间输送电能的重任。高性能的特高压直流输电线路保护可及时发现线路故障，是直流系统及与之相连的交流系统安全运行的重要保证。因此，提高特高压直流输电线路继电保护的性能，对提高电力系统的安全性具有重要作用。
　　 本文对特高压直流输电线路故障响应特性与保护新方法进行了研究，主要研究内容包括:
　　 (1)建立特高压直流输电系统的数值仿真模型，对特高压直流输电系统模型中的核心组件及参数配置进行详细分析、设计，测试结果验证了模型的可靠性。
　　 (2)分析了长距离特高压直流输电线路故障条件下分布电容电流的特点以及对差动保护的影响，提出了考虑分布电容电流补偿的直流差动保护。通过对比补偿分布电容电流前后差动保护的性能，证明经补偿后的直流差动保护的可靠性和灵敏度得到明显提高。
　　 (3)针对传统差动保护应用在特高压直流输电线路上遇到的不平衡电流引起的保护区外故障误动和区内故障拒动的问题，本文提出新型特高压直流输电线路差动保护方案。该方案基于直流输电线路参数，进行并联分支修正，消除暂态谐波电流的影响，有效提高了直流差动保护的可靠性和灵敏度。
　　 (4)分析了直流线路参数与特高压直流输电线路两端暂态能量增量的关联，总结出不同故障情况下线路两端暂态能量增量的特点。在此基础上，提出特高压直流输电线路暂态能量保护方案，该方案不仅可以准确、快速的区分区内与区外故障，也有很好的耐受过渡电阻能力。
　　 (5)依据特高压直流输电线路的边界特性，分析不同故障情况下特高压直流输电线路两端特征谐波电流的特点，结果显示内部故障存在连续特征谐波。提出特高压直流输电特征谐波保护方案，探讨了故障电阻和故障位置两个因素对本方案的影响。
　　 (6) VSC-HVDC是一种更为灵活的直流输电方式，能够实现有功和无功的独立解耦控制。分析了不同故障条件下VSC-HVDC输电线路两端的载波频率谐波电流响应特点，提出VSC-HVDC输电线路的载波频率保护方案，该保护方案可以正确的判定区内、外故障类型。
　　 (7)利用特高压直流现场录波数据和RTDS系统对本文的特高压直流输电线路保护方案进行了测试。测试结果表明本文所提保护均能正确动作。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 特高压直流输电线路保护研究背景

1．2 特高压直流输电线路保护研究现状与挑战

1．2．1 特高压直流输电线路保护研究现状

1．2．2 特高压直流输电线路保护存在问题与保护研究的挑战

1．3 本文主要研究内容

第二章 特高压直流输电系统的建模与仿真

2．1 电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC

2．2 特高压直流输电系统建模

2．2．1 主电路拓扑

2．2．2 12脉波换流器

2．2．3 换流变压器

2．2．4 分布参数直流输电线路模型

2．2．5 交直流滤波器与无功补偿

2．2．6 特高压直流输电控制系统

2．3 特高压直流输电系统仿真模型验证

2．3．1 正常运行状态

2．3．2 整流侧交流系统故障仿真

2．3．3 逆变侧交流系统故障仿真

2．3．4 直流系统故障仿真测试

2．3．5 仿真模型的RTDS测试

2．4 本章小结

第三章 基于分布电容电流补偿的直流差动保护方案

3．1 特高压直流输电系统的长距离输电线路特点

3．2 分布电容对长距离直流输电线路保护的影响

3．3 考虑分布电容电流补偿的直流差动保护

3．3．1 分布电容电流补偿的理论基础

3．3．2 考虑分布电容电流补偿的直流差动保护算法

3．3．3 考虑分布电容电流补偿的直流差动保护仿真验证

3．4 本章小结

第四章 新型特高压直流输电线路差动保护方案的研究

4．1 直流输电线路暂态谐波电流对差动保护的影响

4．2 直流输电线路并联分支电流对差动保护保护的影响

4．3 长距离特高压直流输电线路差动保护新方案

4．3．1 长距离特高压直流输电线路差动保护新方案

4．3．2 特高压直流差动保护新方案的仿真验证

4．4 本章小结

第五章 特高压直流输电线路暂态能量保护方案

5．1 暂态能量保护原理的发展及其特点

5．2 分布参数线路模型对暂态能量保护的影响

5．2．1 外部故障时保护用暂态能量分析

5．2．2 内部故障时保护用暂态能量分析

5．3 特高压直流输电线路暂态能量保护方案

5．3．1 暂态能量保护方案

5．3．2 暂态能量保护的仿真验证

5．3．3 影响暂态能量保护性能的两个因素

5．4 本章小结

第六章 特高压直流输电线路特征谐波保护方案

6．1 特高压直流输电线路的边界特性

6．2 特高压直流输电系统故障时特征谐波分析

6．2．1 外部故障时特征谐波分析

6．2．2 内部故障时特征谐波分析

6．3 DFT分析方法

6．4 特高压直流输电线路特征谐波保护方案

6．4．1 特高压直流输电线路特征谐波保护方案

6．4．2 特征谐波保护方案仿真验证

6．4．3 影响特征谐波保护方案性能的两个因素

6．5 本章小结

第七章 电压源换流器的高压直流输电线路载波频率保护方案

7．1 电压源换流器的高压直流输电系统介绍

7．2 电压源换流器的高压直流输电系统故障特征分析

7．2．1 外部故障时载波频率谐波特征

7．2．2 内部故障时载波频率谐波特征

7．3 电压源换流器的高压直流输电线路载波频率保护方案

7．3．1 VSC-HVDC输电线路载波频率保护方案

7．3．2 VSC-HVDC输电线路载波频率保护的仿真验证

7．3．3 VSC-HVDC输电线路载波频率保护性能分析

7．4 本章小结

第八章 特高压直流输电线路保护方案的验证

8．1 特高压直流输电线路保护方案的RTDS验证

8．1．1 实时数字仿真器RTDS介绍

8．1．2 RTDS仿真平台

8．1．3 RTDS实验验证

8．2 基于现场录波数据的保护方案验证

8．2．1 复奉特高压直流系统介绍

8．2．2 特高压直流线路故障实例与录波数据验证

8．3 本章小结

第九章 全文总结与展望

9．1 主要结论

9．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表或录用论文

攻读博士学位期间参与的科研项目