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混合双极高压直流输电线路保护方法研究

销售价格: 150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:若诗 点击次数:90
论文字数:49780 论文编号:el2021031620503521974 日期:2021-03-19 22:16 作者:上海论文网
本文是电力论文,本文旨在研究适用于混合双极直流输电系统线路保护的方法。构建了面向继电保护的±500kV混合双极直流输电系统,分析了拓扑结构、数学模型、控制策略、调制方式等。研究了两种适用于混合双极直流输电系统线路保护的方法,主要完成的工作如下:(1)引入时频分析方法小波包变换,对故障电压信号进行分解,得到各节点暂态能量;利用低频能量和部分高频能量和的比值构造保护判据,给出了整定原则、分析过渡电阻的影响;利用构建的混合双极高压直流输电模型,进行不同工况的仿真验证,输出故障数据,利用MATLAB对故障数据进行处理分析,对保护算法进行验证。大量的仿真结果显示该方法识别结果准确,适用于混合双极直流输电系统线路保护。

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1绪论

 

本文拟搭建的±500kV混合双极直流输电系统有别于上文提到的LCC-VSC混合双极直流输电系统,本文搭建的系统正极采用LCC型换流器,负极采用MMC型换流器。该结构的优点在于MCC型换流器能够增减投入的子模块数量,灵活的快速提供的无功支撑能力,还能够减小受端LCC型换流器发生换相失败的概率,较VSC具有更好的性能。该结构尤其适用于具有季节性电能双向流动需求的电网互联工程。随着电力电子造价的降低,这种结构的经济性也越来越好。同时,该结构也可以用于对实际的传统直流输电工程进行改造,将其一极改建为MMC,由此在保证经济性的基础上,可提高电能传输能力,可靠运行。本文围绕着混合双极直流输电线路保护的问题,主要对直流线路发生故障后的行波传播特性和故障特征信号进行研究。利用小波包变换的时频分析工具,对特征信号进行分解,利用得到的各节点暂态能量构建暂态能量保护方法,克服了传统保护耐过渡电阻能力差,可靠性低的缺点,使其适用于混合双极直流输电系统。全文内容安排如下:第1章绪论主要阐述了混合高压直流输电系统及线路保护的研究意义、背景及直流输电技术的发展,详细说明了现有的混合高压直流输电线路保护的研究现状

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2混合双极直流输电系统及其仿真模型的构建

 

2.1混合双极直流输电系统的拓扑结构
本章搭建的混合双极直流输电模型,正极采用LCC型换流器。该技术已较成熟,其基本单元12脉动换流器,其等值电路图如图2-2所示。由于LCC-HVDC依赖于交流系统,其中逆变侧更甚。若交流电压不足以支撑逆变侧换相,则容易导致逆变侧发生换相失败,从而对系统带来危害。因此,本节只针对逆变侧建立了数学模型[55]。为了更好地分析系统逆变侧结构,图2-3为本章搭建模型的双极逆变侧结构,系统参数如表2-1所示。;分析研究了LCC-HVDC、MMC-HVDC的拓扑结构、控制方式、数学模型等,搭建了高压混合双极直流输电系统,利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证模型的正确性;针对混合高压直流输电线路距离长、故障率高的问题,结合第2章提出的混合双极直流输电系统,构造了一种适用于混合双极直流输电线路保护方法,以保证直流电网稳定运行。

 

2.2混合双极直流输电系统的控制策略
当换流器逆变运行时,若关断角过小,晶闸管会发生换相失败,简言之,应导通的阀未导通,应关断的阀未关断。为解决此缺陷,需设定一个足够大的关断角,保证晶闸管阀顺利关断,逆变器可靠运行。但由式(2.1)可见,若关断角过大,导致逆变器所维持的直流电压减小,所传输的功率减小,从而降低了设备的利用率。因此,选择关断角需得在系统正常运行且安全的情况下,选择较小的关断角数值,此外需考虑时间裕度。除此之外,关断角不能直接对其控制,需通过改变逆变器触发角实现间接调节。现有的直流输电工程实际中,关断角整定值都取为15°-18°。主要机理为将上一级的实际测量值与设定值进行比较,得到下一级的整定值,同时将信息反馈给上一级控制。独立控制级可单独对设备控制,如控制换流变压器分接头开关切换、控制滤波器组的投切、状态监测以及自动控制等。换流阀控制级是对各个换流阀进行高低电位的控制,对子模块的开通、关断进行控制。子模块阀是系统最小的控制层,主要是通过接收换流器阀控制级的指令,实现对子模块的开断、电容电压的检测等,同时将信息反馈给上一级——换流器阀控制级。

 

3基于电压特征信号暂态能量的单端电气量保护方法.......................................................31
3.1混合双极直流输电系统线路故障结构.....................................................................31
3.2直流输电线路区内、外故障时边界暂态能量特征分析.........................................32
3.3小波包变换算法.........................................................................................................35
4基于有功功率故障分量暂态能量的线路保护方法...........................................................44
4.1有功功率故障分量的暂态能量保护原理.................................................................44
4.2直流输电线路故障识别及保护策略.........................................................................46
4.3仿真验证与分析.........................................................................................................50
5结论与展望...........................................................................................................................56

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4基于有功功率故障分量暂态能量的线路保护方法

 

4.1有功功率故障分量的暂态能量保护原理
多分辨分析可以对信号进行有效的时频分解,但在高频段分辨率差,本章采用的时频分析算法仍为小波包变换,以此更加精细的分解方法,对信号的高低频都进行多层次分解,提高了时频分辨率。本章采用的小波包变换分解层数为n=3,小波基的选取为db3。由4.1节可知,当混合双极直流输电系统发生区内故障时,保护测量点得到的有功功率故障分量较大;当混合双极直流输电系统发生区外故障时,保护测量点得到的有功功率故障分量较小。因此本文利用区内、外故障时保护测量点得到的有功功率故障分量的暂态能量不同,构造了基于有功功率故障分量的暂态能量保护方法,进行区内、外故障识别及故障选极。由表4-8所示,根据保护判据识别为区内故障时,保护动作,切除故障;当识别为区外故障时,保护不动作。当线路发生单极故障时,切除故障极,另一极仍可运行;发生双极故障时,两极均切除,系统无法继续运行。因此当系统发生故障时,需快速识别出区内、外故障及故障极,减小故障对系统的危害。该保护方法可以识别出过渡电阻1000Ω时的区内故障,耐过渡电阻能力优于现有的保护水平,具有更高的可靠性;采样的数据窗仅为3ms,可以实现对保护的快速识别。
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4.2直流输电线路故障识别及保护策略
由此可见,该方法可快速可靠的识别混合双极直流输电系统线路故障。本章在第3章线路保护方法研究的基础上,新增电流信息,定义了有功功率故障分量,利用区内、外故障时有功功率故障分量暂态能量不同,构造了一种基于有功功率故障分量暂态能量的保护方法。利用正、负极能量比值的大小区分区内、外故障,利用正、负极能量比值的差值区分单、双极故障,并利用正、负极部分频带能量和的大小进行故障选极。利用第2章构建的混合双极高压直流输电模型,输出不同工况下的故障数据,利用MATLAB对故障数据进行处理分析,验证了保护方法的可行性。仿真结果显示,该方法仅需单端信息,无需考虑通信问题,过渡电阻达到1000Ω时仍可以可靠识别故障,故障发生在线路末端仍能够可靠识别故障。可见该方法可以快速、可靠的识别区内、外故障,耐过渡电阻能力强,适用于混合双极直流输电系统线路保护。
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5结论与展望
混合直流输电系统兼具传统直流和柔性直流的优势,成为发展趋势。针对混合直流输电系统现有保护方法甚少,(2)研究了一种基于有功功率故障分量暂态能量的直流输电线路保护方法。根据直流线路故障后产生的电压、电流故障分量,定义了有功功率故障分量。利用线路平波电抗器对区内、外故障高低频含量不同,构造了有功功率故障分量暂态能量的保护方法。该方法对有功功率故障分量分解,得到各节点暂态能量;根据正、负极能量比值的差值区分单、双极故障;并利用正、负极部分频带能量和的大小进行故障选极。利用正、负极能量比值的大小区分区内、外故障;最后利用构建的混合双极高压直流输电模型,进行不同工况的仿真验证,输出故障数据,利用MATLAB对故障数据进行处理分析,对保护算法进行验证。大量的仿真结果显示该方法识别结果准确,适用于混合双极直流输电系统线路保护。
参考文献(略)
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