基于時頻分析的超高壓輸電線路快速保護原理研究.pdf

1、隨著我國堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)，大規(guī)模新能源發(fā)電場/站大量接入輸電網(wǎng);高壓直流輸電(high voltage direct current，HVDC)逐漸增多;柔性交流輸電系統(tǒng)(FlexibleAltemating Current Transmission System，F(xiàn)ACTS)得到廣泛應(yīng)用。上述輸電網(wǎng)的發(fā)展變化對輸電線繼電保護的選擇性、靈敏性、可靠性、速動性提出了更高要求。另一方面，快速切除超高壓及特高壓輸電線故障，可減小短路電流所產(chǎn)

2、生的較大電動力和熱應(yīng)力對系統(tǒng)設(shè)備造成的不利影響，也是增加輸電線傳輸容量和提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的一種有效措施。因此，研究快速、可靠、靈敏動作的保護原理對于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義?；诖?，本文對基于暫態(tài)行波的超高速保護和基于微分方程算法的快速距離保護進行研究。
　　首先，論文應(yīng)用S變換獲取單頻率行波的時域分布，提出考慮輸電線傳輸函數(shù)的超高速行波縱聯(lián)單元式保護。為了精確描述行波在輸電線路上的傳播過程及其衰減規(guī)律，依據(jù)有損均勻

3、傳輸線的等效二端口網(wǎng)絡(luò)建立故障附加網(wǎng)絡(luò)的集總電路，推導(dǎo)出輸電線兩端初始反向行波的數(shù)學(xué)關(guān)系。利用線路兩端初始反向行波的比值構(gòu)造識別區(qū)內(nèi)外故障的判據(jù)。故障判據(jù)從原理上克服了線路模型誤差、線路參數(shù)不確定性、波速不一致性等因素產(chǎn)生的不利影響。利用PSCAD/EMTDC仿真數(shù)據(jù)對保護算法進行了測試，仿真結(jié)果表明保護算法能可靠識別區(qū)內(nèi)外故障。
　　其次，論文在定義視在波阻抗的基礎(chǔ)上，分析了視在波阻抗與母線網(wǎng)絡(luò)波阻抗和正方線路波阻抗之間的關(guān)系，

4、提出了兩種行波方向繼電器。一種是基于視在波阻抗的方向繼電器。依據(jù)母線網(wǎng)絡(luò)波阻抗及正方線路波阻抗分別設(shè)置正、反方向歐姆圓，構(gòu)成雙歐姆圓的方向判據(jù)。系統(tǒng)發(fā)生故障，如果計算的視在波阻抗位于正方向歐姆圓內(nèi)，判斷正方向發(fā)生故障，如果視在波阻抗位于反方向歐姆圓內(nèi)，判斷反方向發(fā)生故障。另一種是基于視在波阻抗相角的方向繼電器。由于正方向發(fā)生故障，利用初始行波計算的視在波阻抗相角大于0.5π(rad);反方向發(fā)生故障，利用初始行波計算的視在波阻抗相角接近

5、零。依據(jù)視在波阻抗相角的大小可構(gòu)成正、反方向故障判據(jù)。大量的PSCAD/EMTDC仿真實驗結(jié)果表明:提出的兩種方向繼電器能可靠、靈敏、超高速識別正反方向故障，其性能受故障初始角、故障距離、故障電阻等因素的影響小。
　　再次，論文提出采用希爾伯特-黃變換(hilbert-huang transform, HHT)分解微分方程算法計算結(jié)果中高頻成分的距離保護方案。該方案將微分方程算法的結(jié)果構(gòu)成時間序列，通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(empiric

6、al mode decomposition，EMD)將序列中代表高次諧波的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)(intrinsic mode function，IMF)分離出來，得到具有單調(diào)變化趨勢的“殘差”，然后根據(jù)“殘差”計算出故障線路阻抗。仿真結(jié)果表明該方案能在線路故障后快速估算出具有較高精度的故障線路阻抗值。
　　最后，提出了利用基波相量變化率的故障選相方法和雷擊干擾識別方法。線路發(fā)生短路故障后，故障相基波電流相量變化率受衰減直流分量及工頻故障分

7、量影響，其值迅速增大，而非故障相基波電流相量變化率變化較小;如果發(fā)生接地故障，零序電流基波相量變化率受衰減直流分量及工頻故障分量影響，其值也會迅速增大，否則其值在零附近波動。論文依據(jù)不同類型故障中基波電流相量變化率的特征，提出了利用基波電流相量變化率的故障選相方法。線路發(fā)生短路故障或遭受故障性雷擊，附加電流分量中包含衰減周期分量以及基波故障分量，導(dǎo)致基波電流相量變化率大幅度變化;線路遭受非故障性雷擊，附加電流分量僅包含高頻雷電波，雷擊后

8、一段時間內(nèi)基波電流相量變化率較小。論文依據(jù)短路故障、故障性雷擊及非故障性雷擊產(chǎn)生的附加電流分量對基波電流相量變化率的不同影響，提出了利用基波電流相量變化率識別雷擊干擾的方法。PSCAD/EMTDC仿真結(jié)果驗證了所提方法的有效性和可靠性。
　　為了進一步利用動模實驗或現(xiàn)場在線測試等方式驗證保護算法是否符合繼電保護的各種規(guī)范要求，論文采用浮點數(shù)字信號處理器TMS320C6748設(shè)計了保護實驗裝置的硬件，給出了以實時操作系統(tǒng)內(nèi)核SYS/