交直流混聯(lián)系統(tǒng)輸電線路繼電保護(hù)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著我國特高壓直流（Ultra High Voltage Direct Current，UHVDC）輸電工程的快速建設(shè)，我國將形成多個含特高壓直流的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。UHVDC饋入在豐富系統(tǒng)運(yùn)行方式、提高輸電容量的同時，也產(chǎn)生了系統(tǒng)之間的故障相互作用問題，影響交直流混聯(lián)系統(tǒng)輸電線路保護(hù)的可靠性。一方面，交流系統(tǒng)故障易引起直流逆變器發(fā)生換相失敗，并導(dǎo)致相鄰交流線路的電氣量信號發(fā)生畸變，存在造成交流線路保護(hù)不正確動作的風(fēng)險。另一方面，現(xiàn)有直流

2、輸電線路保護(hù)耐受過渡電阻能力差、缺乏完善的門檻值整定依據(jù)，難以在高阻故障時有效動作，影響交直流混聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，論文圍繞直流換相失敗時交流線路保護(hù)無法正確動作和高阻故障時直流線路保護(hù)可靠性差這兩個關(guān)鍵問題開展研究，主要工作有:
　　1)含UHVDC的交直流混聯(lián)系統(tǒng)模型建立?；陔姶艜簯B(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC，搭建了UHVDC系統(tǒng)經(jīng)雙回交流線路饋入交流電網(wǎng)的詳細(xì)交直流混聯(lián)系統(tǒng)模型。其中，直流系統(tǒng)換流器采用詳細(xì)的電

3、磁暫態(tài)模型，交流系統(tǒng)發(fā)電機(jī)采用含調(diào)速器和勵磁裝置的詳細(xì)模型。對不同運(yùn)行工況下的交直流混聯(lián)系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，經(jīng)模型驗證可知，該交直流混聯(lián)系統(tǒng)模型可正確反映各運(yùn)行工況下的電磁暫態(tài)特性，為后續(xù)研究交直流混聯(lián)系統(tǒng)繼電保護(hù)相關(guān)問題奠定了良好的模型基礎(chǔ)。
　　2)換相失敗故障條件下的交流故障信號特征分析。換相失敗工況下直流系統(tǒng)派生的故障電氣分量會嚴(yán)重影響交流側(cè)線路保護(hù)動作的準(zhǔn)確性，而精確分析該故障工況下的交流信號特征則成為交流保護(hù)研究

4、的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。利用改進(jìn)的二級快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT)算法，對交直流混聯(lián)系統(tǒng)中的交流故障信號特征及其畸變規(guī)律進(jìn)行精確分析。由分析結(jié)果可知，換相失敗故障條件下的交流信號中含有大量的諧波和間諧波分量，且交流故障線路的平行線路的總諧波畸變率更高，并隨故障距離和故障類型的不同呈現(xiàn)一定規(guī)律。
　　3)換相失敗故障條件下的工頻突變量方向縱聯(lián)保護(hù)動作性能研究。通過仿真分析工頻突變量方向縱聯(lián)保護(hù)在交直流

5、混聯(lián)電網(wǎng)中的動作性能，探究了換相失敗條件下直流系統(tǒng)注入交流電網(wǎng)的非特征諧波對交流線路保護(hù)動作特性的影響機(jī)理及其解決措施。研究表明，非特征諧波嚴(yán)重影響目前保護(hù)中常用的全周傅氏算法對工頻相量的提取精度，進(jìn)而影響交流線路保護(hù)的動作性能，且交流故障信號中的非特征諧波所占比例越高、對交流線路保護(hù)的影響越大。通過研究不受非特征諧波干擾的工頻相量提取算法等途徑，可望提高現(xiàn)有交直流混聯(lián)系統(tǒng)中的交流保護(hù)動作可靠性。
　　4)可快速反應(yīng)高阻接地故障的

6、UHVDC輸電線路縱聯(lián)保護(hù)方案。針對現(xiàn)有UHVDC輸電系統(tǒng)線路保護(hù)存在的耐過渡電阻能力差、門檻值難整定等問題，在分析UHVDC輸電線路兩側(cè)電壓、電流突變量特征的基礎(chǔ)上，研究了一種適用于交直流混聯(lián)系統(tǒng)的UHVDC輸電線路縱聯(lián)保護(hù)方法。該方法利用最小二乘擬合表征基于小波變換求得的低頻帶故障電壓和電流信號的極性關(guān)系，使得保護(hù)方案具有較強(qiáng)的耐受過渡電阻、噪聲和高頻阻滯等干擾能力，克服了要通過窮舉式仿真進(jìn)行整定的問題，且算法計算量較小、對通信通道