基于小波分析的高压直流输电线路故障定位研究

发布时间：2020-03-19 09:39

【摘要】：高压直流输电(HVDC)由于自身结构相对简单、性能良好,在大功率、远距离输电中扮演着越来越重要的角色,且与传统的高压交流输电(HVAC)相比,其具有潮流快速可控、输电线路造价和系统运行费用低、不存在功角稳定问题等优点。但由于HVDC输电线路长度通常可达数百甚至是上千千米且线路沿线的地理环境变化多端,输电线路一旦在某点处发生故障,故障点将很难找到,为减少电网损失和提高用户用电安全性,急需发展可靠的HVDC输电线路故障定位技术。实现HVDC输电线路故障测距的关键是能够准确识别并检测出线路的故障信号。本文采用小波分析的信号处理方法对线路发生单极、双极故障时获得的故障暂态电流行波信号进行分析,并利用故障定位的行波方法,计算出故障点到达线路测量点的距离。主要研究内容包括:首先,本文在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC自带的CIGER HVDC Benchmark模型基础之上,利用该软件搭建出了±500kV高压直流输电系统的仿真模型。仿真运行结果表明,HVDC输电系统正常运行和输电线路发生接地故障两种情形均能通过该模型模拟出来。其次,本文详细介绍了行波的基本理论和定位方法。行波的基本理论包括暂态行波的产生、输电线路行波的传输特性、行波的折反射。鉴于两极线路之间存在耦合,提出可利用相模变换进行解耦,获取线模分量进行信号分析。传统的行波测距方法包括单端测距法和双端测距法,但这两种方法均受故障初始行波波头识别和行波波速取值的影响。因此本文提出采用小波分析的信号处理方法提取行波波头,采用不受波速影响的行波测距方法消除波速对测距精度的影响。再次,介绍了小波分析的相关理论,包括连续小波变换、离散小波变换和二进制小波变换、多分辨率分析以及多孔算法等基本理论。着重介绍了本文所选用的三次B样条二进小波函数以及小波变换的模极大值理论在行波定位中应用的可行性。最后,提出采用小波分析的信号处理方法对双极故障信号进行分析。文章从单极短路接地故障入手,利用小波分析处理行波波头,得到故障突变点对应时刻,并采用行波测距方法对输电线路进行故障定位。计算结果表明,不受波速影响的双端测距方法定位精度更高。然后将其与小波分析的信号处理方法用于双极故障测距中,测距结果表明小波分析在双极故障信号的分析中同样具有应用价值。
【图文】：

ＣＩＧＥＲＨＶＤＣ模型（ＣＩＧＥＲＨＶＤＣ邋Ｂｅｎｃｈｍａｒｋ邋Ｍｏｄｅｌ）是第一个基于高压直流输电技逡逑术控制研究的标准模型，该模型于１９９１年被ＣＩＧＥＲ高压直流输电控制工作组建立完成，逡逑具体结构如图２－１所示。该模型存在于电磁暂态仿真软件ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ的实例库中。逡逑２．５［ｏｈｍ］邋２．５［ｏｈｍ］逡逑＞邋ｒｒｒｒ＼逦—｜邋ｒ＾ｒｒ－ｒ＼邋」逡逑０．５９６８［Ｈ］逦０．５９６８ＩＨ１逡逑Ｒｂｕｓ「系逦丰逦Ｉｂｕｓ逡逑＾邋＾邋Ｉ邋ｆ逦＾逡逑Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ逦Ｉｎｖｅｒｔｅｒ逡逑图２－１邋ＣＩＧＥＲ邋ＨＶＤＣ模型图逡逑ＣＩＧＥＲ邋ＨＶＤＣ模型的换流站出口电压为５００ｋＶ，且其提供了较为完善的直流输电系统逡逑的控制系统和主要电气设备，因此只需在它的基础上修改完善，便可搭建出功能比较完备逡逑的±５００ｋＶ双极两端中性点接地的高压直流输电系统模型。逡逑８逡逑

邋！？0逡逑另外，为了方便在线路不同位置处设置故障，搭建了两段双极输电线路，，具体结构如逡逑图２－５所示。逡逑Ｎ２逦ｉｊ邋＾＜＾３逦ＰＣＴＬｉｎｅｌｌ逦逦ＪＸＨｌｉｎｅ２逦Ｎ４逡逑？逦ＤＣＴＵｎｅｌ逦ＤＣＴＬｉｎｅｌ逦ＤＣＴｌ＿ｉｎｅ２逦ＤＣＴＵｎｅ２逦？逡逑图２－５直流输电线路仿真图逡逑２．３控制系统模型的建立逡逑二次侧控制系统对高压直流输电工程能否正常运行至关重要，其不仅能对输电线路输逡逑送功率的方向和大小进行调节，而且具有维护系统正常输电以及加快线路故障后快速恢复逡逑正常的能力。为了准确研究ＨＶＤＣ输电工程的稳态运行和交直流系统发生故障时控制系统逡逑的调节性能，需要建立与实际控制系统一致的二次侧控制系统仿真模型。逡逑２．３．】控制系统的整体结构逡逑本文仿真模型中，整流侧采用定电流控制和定最小触发角控制相结合的控制方式，而逡逑逆变侧采用定电流控制和定熄弧角控制相结合的控制方式，但两侧均加入了低压限流控制逡逑（ＶＤＣＯＬ）环节，此外在逆变侧还设置了电流偏差控制。图２－６为整个直流输电系统控制逡逑部分的结构图。逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM721.1

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本文编号：2590054