柔直系统单极大地运行方式下大地电位及线路保护相关问题研究

摘要

高压柔性直流输电系统在单极闭锁或检修等特殊工况下会运行于单极大地方式，此时大直流入地会改变直流接地极周围的大地电位分布，进而影响附近交流变电站中性点接地变压器的正常工作。在此运行方式下若发生接地故障直流侧电流将会激增，严重影响相关设备的安全运行。另外，架空线故障大多是瞬时性故障，如果能够快速重合则可以显著提高供电可靠性，但要避免重合于永久性故障时对设备造成二次故障电流冲击。因此，研究柔直系统单极大地运行方式下大地的等效方法和大地电位分布的计算方法、高可靠性和快速性的架空输电线路保护原理以及发生接地故障时瞬时性故障的识别方法有重要理论和实用价值。　　本文首先研究了基于分布参数的大地等效方法及大地电位分布的计算方法。以运行于单极大地方式下的柔性直流输电系统为对象，研究了其入地电流流通回路的等效方法。把大地沿直流回路方向分为三层并建立了基于分布参数的大地精确等效模型，给出了模型中分布电阻的计算方法和公式。利用上述大地分布参数等效模型计算了两端直流接地极之间大地电位的分布情况。通过在CDEGS仿真软件中对实际算例中的接地极和大地进行实物建模仿真，得到了大地电位分布的仿真结果。通过对仿真结果与模型的计算结果进行对比分析，验证了大地分布参数等效模型及大地电位分布计算结果的准确性。　　研究了单极大地方式运行下的柔性直流输电系统架空输电线路发生接地故障时的单端量线路保护原理。分析了用于行波计算的线路频变参数的计算方法。研究了区内外发生故障后测量电流的变化情况以及故障点处正向电压行波与反向电压行波关系，在此基础上根据故障后的边界条件建立了用于识别区内外故障的保护判据。通过仿真验证了所提出的单端量线路保护原理的有效性，分析了区内外故障时过渡电阻对所提出的线路单端量保护原理的影响。　　针对运行于单极大地方式下的柔性直流输电系统架空线路发生的单极接地故障，提出了一种基于混合型直流断路器隔离开关预重合的瞬时性故障识别方法。分别针对发生瞬时性和永久性接地故障的情况，通过分析重合直流断路器隔离开关后线路端电压的电气特性，对比分析不同性质故障下线路端电压电气特性之间的差异提出了可以准确识别瞬时性故障的判据。给出了相应判据的整定方法并在PSCAD中仿真验证了所提瞬时性故障识别方法的有效性。

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