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高压直流输电线路雷击干扰识别探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
  • 点击次数:1
  • 论文字数:35455
  • 论文编号:el2021122322342627579
  • 日期:2021-12-23
  • 来源:上海论文网

电力论文哪里有?本文的主要研究工作及结论总结如下: (1)  分析总结了不同类型雷击故障和雷击干扰情况下的暂态电压电流特征:无论发生何种雷击干扰或故障,故障首行波到达后均会引起电压电流波形发生极性明确的突变,且故障首行波引起的电压电流突变量极性特征与雷击类型有关,与是否发生绝缘子闪络,即是发生雷击干扰还是雷击故障无关;雷击故障与干扰的特征差异体现在故障首行波之后电压电流波形的变化趋势上,发生雷击干扰情况,直流电压和电流波形在首行波引起的突变后很快就会恢复到稳态运行值,发生雷击故障时,故障极电压在首行波之后会呈现下降趋势,故障极电流则呈现上升趋势,与稳态运行值偏差较大。


1 绪论


1.2 国内外研究现状

1.2.1 高压直流输电线路保护研究现状

目前广泛应用的高压直流输电线路保护,行波保护作为主保护。线路发生故障时,线路上会产生故障行波,从故障点向线路两端辐射,行波保护就是利用这个故障行波的特点,提取故障行波特征,进而对线路进行保护。保护通常利用线路两端电压变化率、电压变化量以及电流变化量作为保护动作的判据[6-7]。

直流输电系统线路两端直流母线上配置了直流滤波器和平波电抗器,形成了天然的线路边界,对高频信号有良好的阻隔作用,基于此原理,国内外专家和学者针对利用高频信号的暂态量保护展开了广泛的研究[9-11]。然而,当雷电侵入直流输电系统后,将使输电线路产生含有大量高频分量的暂态信号,雷击位置和雷电流幅度的改变将引起不同的暂态过程[12]。未致故障时,雷电波属于高频干扰信号,由于暂态量保护利用故障高频信号作为保护特征量,雷击干扰将有概率引发保护误动,造成直流线路单极或双极闭锁,甚至波及交流侧,危及电力系统的安全运行稳定性[13,14]。因此,需要研究故障性雷击、雷击干扰的暂态特征,分析提取其特征差异,制定相应的雷击干扰识别方法,提高直流输电系统线路保护的可靠性。

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3 高压直流输电系统雷击暂态特征分析


3.1 雷电干扰的暂态特征分析

3.1.1 雷击档距中央避雷线

假设在距离整流站 200 km 处,0.3 s 发生了雷击档距中央避雷线,雷电流模型选择1.2/50 s ,雷电流幅值设置为 60 kA,在 PSCAD 中进行模拟仿真。定义电流的正方向由直流母线指向直流输电线路。整流侧正负极电压的额定值为 500 kV 和-500 kV。整流侧正负极电流的额定值为 3 kA 和-3 kA。为了方便计算,本文采用标幺值记录电压电流,正负极电压电流的基准值分别选择各自的额定运行值。因此,稳态运行状态下,整流侧正负极直流电压值在 1.0 p.u.附近,整流侧正负极直流电流值在 1.0 p.u.附近。

观察电压、电流的波形,可以发现,在雷电流到达瞬间,电压和电流均会发生突变:正极电压发生正极性突变,负极电压发生负极性突变,正负极电压突变极性相反;正极电流发生负极性突变,负极电流发生正极性突变,正负极电流突变极性相反。从电压电流波形的整体变化趋势来看,电压电流变化幅度不大,在故障首行波到达后很快就恢复到初始状态。 

高压直流输电线路由于电压等级较高,杆塔高度也比较高,因此在雷云聚集时,容易与杆塔形成回路,使得雷电流击打杆塔。PSCAD 中雷击塔顶的仿真如图 3-3 所示。雷电击打在杆塔上后,雷电流流动方向有以下几种:电流向绝缘子串流向往导线,通过导线向相邻杆塔传播,但由于绝缘子串绝缘性能很好,雷电流不大的情况下,流到导线的电流很小,可忽略不计;相比较绝缘子串的电阻,钢铁材质的杆塔电阻非常小,因此雷电流会顺着杆塔塔体流向大地;还有一部分电流会流向避雷线,通过避雷线向更远的地方传播。此时,输电线路上的电流有两部分叠加,第一部分是由于避雷线上的电流耦合作用,会在输电线路上感应出电流,第二部分电流就是从绝缘子串上流过的,当绝缘子串绝缘性能良好时,输电线路上的电流就很小,一旦绝缘子串的绝缘被破坏,则输电线路上的电流会很大,严重影响高压直流输电线路的稳定运行。


5 基于 EMD 分解的高压直流输电线路雷电干扰识别方法


5.1 引言

第四章提出的基于电压偏差度的高压直流输电线路雷击干扰识别方法采用的数据量为纯时域的电压信号。本章从频域角度出发,探索不同原理的直流线路雷击干扰识别方法。 发生雷击干扰时,线路电压的波动完全是由于雷电流引起的,雷电流属于高频分量,因此雷击后电压电流中包含了较多的高频分量,而低频分量较少,论文第三章雷击特征分析结果也验证了这一现象:发生雷击干扰时,除去雷击波到达瞬间引起的短暂电压突变,直流电压基本围绕稳定运行值小范围波动,暂态电压突变就属于高频分量,电压波形整体变化幅度很小体现了电压低频分量变化幅度不大的特征。发生雷击故障时,线路电压电流中除了有雷电流引入的高频分量外,还增加了因为绝缘子闪络而引入的暂态分量,绝缘子闪络相当于接地故障,会引入大量的低频分量,因此发生雷击故障时,线路电压电流中高频和低频分量均较多,且由于绝缘子闪络使得电压波形呈现明显下降趋势电压,低频分量变化幅值较大。根据这一特征,若提取故障电压低频分量,计算低频分量的变化幅值,可以实现雷击故障和雷击干扰的区分。

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5.2 经验模态分解理论

在对电压波形进行分解时,选则合适的时频分解方法很重要,在高压直流输电系统中的故障和干扰电气量属于非平稳信号,目前对于非平稳电压信号的处理,小波变换和希尔伯特(Hilbert)变换应用较多,但小波变换的结果很大程度上受小波基的影响,希尔伯特变换不便分析多分量的非平稳信号[47]。而经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)方法在对信号进行分解前不必提前确定用于分解的函数基,拥有优良的自适配能力,非常适合对非线性的不稳定信号进行处理。EMD  根据信号的内在局部特征,利用定义的“筛选”过程自适应地将信号分解为一系列被称为本征模函数( Intrinsic Mode Function,IMF)的“基函数”[48-50]。

需要注意的是,雷击发生后,雷电波会沿直流输电线路向线路两端传播,当遇到波阻抗不连续处时雷电波会发生折反射。当初始行波或折反射的行波到达保护测量装置处的瞬间,会引起电压发生脉冲式的突变,电压瞬时幅值变化较大。需要利用雷击发生后电压的整体变化趋势实现雷击干扰和雷击故障的区分,虽然采用 EMD 分解法,对直流电压进行不同频段的分解后提取其低频分量,但是这些脉冲突变的存在仍然会对结果产生影响。因此首先需要对电压波形进行预处理,滤除瞬时的大幅度突变。


6 总结与展望


6.2 展望

(1)  本文考虑了不同类型雷击故障和雷击干扰之间的区分,未考虑雷击故障与普通短路故障之间的区分。保护判别发生故障后如果能够判断出是雷击故障还是普通短路故障,在故障后的处理方法上可以采取更具有针对性的措施。雷击故障和普通短路故障在故障后的暂态过程中存在哪些特征差异?如何进行二者的甄别?以上问题值得进一步展开研究。

 (2)  目前新的直流输电技术——柔性直流输电技术因其在新能源接入等领域具有明显优势,得到了大力的发展。柔性直流输电与传统直流输电无论在一次结构还是控制系统方面均存在较大的不同,因此故障后的特征也存在较大的差异。柔性直流输电系统如何实现有效的雷击干扰识别值得进一步展开研究。

参考文献(略)

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