基于S变换的特高压直流输电线路快速保护研究

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作为全球能源互联网推动下的电网技术创新的主要技术领域,特高压直流输电(UHVDC)具有输电容量大、传输效率高、中间不落点、控制方式较为灵活、输电线路长等优点,在推动清洁能源发展、国家治理雾霾以及建设坚强智能电网方面具有重要的作用。近年来,中国的特高压直流输电技术飞速发展,截至目前,中国已投运的直流电压等级在±800kV及以上的特高压直流输电工程已达6条。由于特高压直流输电工程直流输电线路普遍较长,易受雷击、短路、断线等故障的影响,因此提高直流输电线路的保护性能对保障直流输电线路的安全与稳定具有重要意义。目前已投运的直流输电工程中,行波保护作为线路主保护,速动性较强,但可靠性和灵敏度易受过渡电阻和干扰的影响,而差动保护作为线路的后备保护,由于需要线路两端数据同步,速动性较差,且易受信号通道的影响。因此,研究速动性强,可靠性和灵敏度高的特高压直流线路保护具有理论意义和实用价值。论文所做的工作和取得的成果如下:在利用S变换对直流输电线路进行故障暂态信号分析的基础上,论文提出了一套完整的高压直流线路主、后备保护方案。其中,主保护采用基于S变换的单端量保护方法。通过分析直流线路两端由平波电抗器和直流滤波器构成的线路边界的幅频特性可知,暂态电压行波的高低频分量通过直流线路边界时会发生不同程度的衰减,通过S变换提取特定频带分量,并构造保护判据,提出了基于S变换高低频频带分量比值差异的区内外故障识别方法。通过对比雷击干扰、雷击故障以及普通短路故障在不同频段下S变换暂态能量和的差异,构造S变换能量比值判据,进而识别雷击干扰。对于双极直流输电系统,根据线路保护安装处提取的两极电压故障分量的S变换零频带暂态能量和的比值差异构造比值判据,从而识别故障极。为降低故障电阻对保护灵敏度的影响,保证保护的选择性,提出了基于S变换的直流线路纵联后备保护方法。分析可知,当故障发生在保护安装处的正方向时,保护检测到的电压和电流故障分量的极性相反,而反方向故障时则相同。利用此特征提出一种利用S变换相角差的方法来识别两者的极性,从而有效地判别故障方向以及雷击干扰。最后,根据2014年投运的溪洛渡—浙西±800kV特高压直流输电工程的实际参数,利用PSCAD仿真软件搭建了双极双12脉波,额定功率为7500MW,额定电流为4.7kA,线路全长1728km的特高压直流输电仿真模型,并以此模型对上述主、后备保护方法进行了完整、系统的仿真测试,仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。
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