直流输电保护技术工程解析及谐波保护改进方案研究

摘要

我国的发电资源和用电负荷分布极不平衡的态势，决定了远距离、大容量“西电东送”的局面，以实现电力资源在全国范围内的优化配置；我国现有的能源结构过度依赖以煤为主的化石能源，造成了资源短缺、环境污染与气候变化等难题，为此需要加快推进能源变革，促进清洁能源的开发利用，以确保国家能源安全与可持续发展。直流输电以其具有输送容量大、送电距离远、功率调节灵活等优势，对于实现电能的大规模远距离输送、非同步电网互联、新能源的并网及消纳、提高区域交流互联电网的安全稳定性具有重要意义，是推进实现新能源变革与智能电网国家战略的有效途径与重要措施。在此形势下，我国电网正在逐步形成前所未有的交直流混联复杂大电网，其结构和参数日益复杂，运行方式灵活多变，同时带来了交流直流系统控制保护协调配合的新课题，这使得电网的安全防护面临严峻考验。电网发生的单一故障若不能及时阻断，将会在交直流系统间引起连锁演变的复杂事故过程。目前，我国中东部负荷集中地区已有大规模电能通过直流馈入，直流的紧急停运将对受端交流电网的安全稳定运行产生严重威胁。为保障交直流混联电网的安全稳定运行，迫切需要展开交直流系统的交互作用机理以及直流控制保护技术研究。
　　高压直流输电系统的控制保护技术长时间由极少数的跨国公司所掌控，缺乏系统和完整的技术资料供运行和技术开发人员参考，严重影响了我国直流输电系统的运行和研究水平，给直流输电安全运行带来了极大影响。本文以湖北送端交直流电网的龙泉-政平直流输电工程为依托，系统深入的分析了ABB公司基于Hidraw软件平台开发的直流控制保护程序，对保护的配置方案、原理判据、测点布局、动作策略等关键信息进行了总结归类，形成了完整详细的直流保护技术文档，从而为相关运行和技术开发人员提供技术参考与指导。
　　直流谐波是典型的涉及交直流系统相互影响的保护，近年来现场多次出现了交流系统发生励磁涌流、短路故障等异常暂态过程期间直流谐波保护误动的事件，对交直流系统的安全稳定运行造成了严重威胁。本文基于开关函数理论，解析分析了谐波在交直流系统之间的传变与交互机理，并通过数字仿真验证了分析结果的正确性，揭示了交流系统发生励磁涌流、短路故障等异常暂态过程期间直流谐波保护误动的原因。
　　在阐明了交直流系统间谐波传变机理的基础上，本文针对交流系统发生励磁涌流期间直流50Hz谐波保护误动的问题，提出了基于交流母线二次谐波电压的改进方案，通过判断交流侧谐波电压与直流线路谐波电流之间的相关性，准确识别由励磁涌流所产生的50Hz谐波，从而有效防止谐波保护误动，并通过仿真验证了方案的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 交直流混联电网故障仿真及直流控制保护技术研究现状

1.3 论文的主要内容和章节安排

2 直流输电保护技术工程解析

2.1 换流变压器保护

2.2 换流阀保护

2.3 双极保护

2.4 极保护

2.5 本章小结

3 谐波在交直流系统中的传递机理研究

3.1 换流器对谐波的传变作用

3.3 交流系统的谐波等值阻抗计算

3.4 交流侧正序二次谐波在交直流输电系统中传导过程的解析计算

3.5 本章小结

4 直流50Hz谐波保护改进方案研究

4.1 基本原理与实现方法

4.2 仿真验证

4.3 本章小结

5 全文总结

5.1 总结

5.2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录1 换流器闭锁方式介绍

附录2 作者在攻读硕士学位期间撰写的文章

附录3 作者在攻读硕士学位期间主要的科研工作