交直流混联系统输电线路继电保护关键问题研究

发布时间：2017-08-29 13:16

  本文关键词：交直流混联系统输电线路继电保护关键问题研究

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【摘要】：随着我国特高压直流(Ultra High Voltage Direct Current, UHVDC)输电工程的快速建设,我国将形成多个含特高压直流的交直流混联电网。UHVDC馈入在丰富系统运行方式、提高输电容量的同时,也产生了系统之间的故障相互作用问题,影响交直流混联系统输电线路保护的可靠性。一方面,交流系统故障易引起直流逆变器发生换相失败,并导致相邻交流线路的电气量信号发生畸变,存在造成交流线路保护不正确动作的风险。另一方面,现有直流输电线路保护耐受过渡电阻能力差、缺乏完善的门槛值整定依据,难以在高阻故障时有效动作,影响交直流混联系统的安全稳定运行。为此,论文围绕直流换相失败时交流线路保护无法正确动作和高阻故障时直流线路保护可靠性差这两个关键问题开展研究,主要工作有：1)含UHVDC的交直流混联系统模型建立。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,搭建了UHVDC系统经双回交流线路馈入交流电网的详细交直流混联系统模型。其中,直流系统换流器采用详细的电磁暂态模型,交流系统发电机采用含调速器和励磁装置的详细模型。对不同运行工况下的交直流混联系统动态特性进行仿真分析,经模型验证可知,该交直流混联系统模型可正确反映各运行工况下的电磁暂态特性,为后续研究交直流混联系统继电保护相关问题奠定了良好的模型基础。2)换相失败故障条件下的交流故障信号特征分析。换相失败工况下直流系统派生的故障电气分量会严重影响交流侧线路保护动作的准确性,而精确分析该故障工况下的交流信号特征则成为交流保护研究的基础和关键。利用改进的二级快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)算法,对交直流混联系统中的交流故障信号特征及其畸变规律进行精确分析。由分析结果可知,换相失败故障条件下的交流信号中含有大量的谐波和间谐波分量,且交流故障线路的平行线路的总谐波畸变率更高,并随故障距离和故障类型的不同呈现一定规律。3)换相失败故障条件下的工频突变量方向纵联保护动作性能研究。通过仿真分析工频突变量方向纵联保护在交直流混联电网中的动作性能,探究了换相失败条件下直流系统注入交流电网的非特征谐波对交流线路保护动作特性的影响机理及其解决措施。研究表明,非特征谐波严重影响目前保护中常用的全周傅氏算法对工频相量的提取精度,进而影响交流线路保护的动作性能,且交流故障信号中的非特征谐波所占比例越高、对交流线路保护的影响越大。通过研究不受非特征谐波干扰的工频相量提取算法等途径,可望提高现有交直流混联系统中的交流保护动作可靠性。4)可快速反应高阻接地故障的UHVDC输电线路纵联保护方案。针对现有UHVDC输电系统线路保护存在的耐过渡电阻能力差、门槛值难整定等问题,在分析UHVDC输电线路两侧电压、电流突变量特征的基础上,研究了一种适用于交直流混联系统的UHVDC输电线路纵联保护方法。该方法利用最小二乘拟合表征基于小波变换求得的低频带故障电压和电流信号的极性关系,使得保护方案具有较强的耐受过渡电阻、噪声和高频阻滞等干扰能力,克服了要通过穷举式仿真进行整定的问题,且算法计算量较小、对通信通道和装置采样率要求低,满足当前特高压直流输电系统的保护硬件要求。论文探讨了直流换相失败对交流线路保护动作性能的影响机理及其解决措施,解决了现有直流线路保护耐受高阻能力差、门槛值难整定的问题,可望为交直流混联系统输电线路继电保护的相关研究提供支持。
【关键词】：特高压直流输电 交直流混联系统 换相失败 模型建立 快速傅里叶变换 谐波与间谐波分析 工频突变量方向纵联保护 极性比较
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM773;TM721.3
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 交直流混联系统中的交流输电线路保护研究现状13-14
• 1.2.2 交直流混联系统中的直流输电线路保护研究现状14-15
• 1.3 本论文的主要工作15-18
• 1.3.1 研究对象和目标15
• 1.3.2 主要研究内容15-16
• 1.3.3 论文章节安排16-18
• 第2章 交直流混联系统模型建立及仿真分析18-31
• 2.1 电力系统仿真软件比较18
• 2.2 特高压直流输电系统建模18-22
• 2.2.1 主回路参数确定19-20
• 2.2.2 控制系统模型建立20-22
• 2.3 交流输电系统建模22-24
• 2.4 交直流混联系统仿真分析24-30
• 2.4.1 模型介绍24
• 2.4.2 系统特性分析24-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 交直流混联系统中的交流故障信号特征分析31-41
• 3.1 交直流混联系统谐波与间谐波产生机理31
• 3.2 换相失败时的交流故障信号特征31-37
• 3.2.1 信号特征分析方法介绍31-33
• 3.2.2 信号特征分析方法验证33-35
• 3.2.3 交流故障信号特征分析35-37
• 3.3 换相失败时的交流信号总谐波畸变率特征37-40
• 3.3.1 交流故障线路与平行线路总谐波畸变率的比较37-39
• 3.3.2 平行线路总谐波畸变率的影响因素39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 交直流混联系统中的工频突变量方向纵联保护动作性能分析41-52
• 4.1 工频突变量方向纵联保护基本原理41-43
• 4.1.1 工频突变量方向元件的判别原理41-42
• 4.1.2 工频突变量方向元件的实现方式42
• 4.1.3 工频突变量方向纵联保护的工作原理42-43
• 4.2 工频突变量方向纵联保护动作性能仿真分析43-49
• 4.2.1 典型换相失败条件下的保护动作特性43-45
• 4.2.2 保护动作性能的影响因素45-49
• 4.3 换相失败对交流线路保护动作性能的影响机理及解决措施49-51
• 4.3.1 影响机理49-50
• 4.3.2 解决措施50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 交直流混联系统中的直流线路保护方案研究52-64
• 5.1 UHVDC输电线路电压和电流突变量方向特征分析52-54
• 5.1.1 UHVDC输电系统介绍52
• 5.1.2 故障信号方向特征分析52-54
• 5.2 基于最小二乘拟合的UHVDC输电线路纵联保护方案54-58
• 5.2.1 区内故障识别判据54-55
• 5.2.2 故障选极判据55-57
• 5.2.3 保护启动判据57
• 5.2.4 算法流程57-58
• 5.3 算法运算量及可行性分析58-59
• 5.3.1 算法运算量分析58-59
• 5.3.2 工程可行性分析59
• 5.4 仿真分析59-63
• 5.4.1 直流线路区内高阻接地故障59-60
• 5.4.2 直流线路区内出口处故障60-61
• 5.4.3 含噪声干扰时的直流线路区内接地故障61
• 5.4.4 平波电抗器外侧故障61-63
• 5.4.5 交流系统故障63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果73

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本文编号：753479