适应安稳装置的直流近区交流线路短路故障跳闸判据研究

摘要

传统交流输电系统中电网安全稳定故障跳闸判据日臻完善，但是随着高压直流的馈入，当电网发生短路故障时，直流近区交流线路电气特性变化与传统交流线路相比有较大的区别，传统安稳装置中的故障跳闸判据应用到直流近区交流线路时存在误动或者拒动的可能，因此研究适应直流换流站近区交流线路上的安稳装置故障跳闸新判据具有重要的意义。论文依托国家电网公司科技项目“适应智能化发展需求的电网安全和充裕控制技术研究与应用——课题二:包含电网安全稳定控制新判据研究、实验样机开发和示范。
　　首先在PSCAD/EMTDC中建立了含三条直流馈入的交直流混联系统，详细介绍了主要直流输电元件和直流控制系统的建模过程。以直流近区交流线路发生单相短路故障为例，分析了短路故障引起换流站发生换相失败时各晶闸管的导通和关断状态，给出了该异常运行状态的导通回路，据此提出了短路电流幅值与短路起始时刻之间的关系。在所搭建的模型中，验证了直流近区交流线路发生各种类型短路故障时保护安装处的电气量变化规律，证实了理论分析的可靠性。进而认为直流近区短路电流幅值过小或持续时间过短是传统故障跳闸判据拒动或误动的主要原因。
　　根据直流近区交流线路短路故障中相序电压的特性，提出了基于序电压特征分量为主判据的适应电网安全稳定控制装置的故障跳闸新判据。在SCS-500E分布式安稳装置中配置了该判据，RTDS实验证明了新判据在各种故障类型下都可以准确动作。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 直流输电的发展历程

1．1．2 HVDC的基本原理及特点

1．1．3 直流馈入的挑战

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 直流馈入系统安全稳定性分析与控制

1．2．2 直流馈入对交流系统继电保护装置的影响

1．3 项目背景

1．4 主要研究内容

2 含三条直流馈入的交直流混联电网建模

2．1 PSCAD／EMTDC简介

2．2 混联系统主要元件建模

2．2．1 换流变压器

2．2．2 直流线路

2．2．3 平波电抗器

2．2．4 交流滤波器及无功补偿装置

2．2．5 直流场滤波器

2．3 直流控制系统建模

2．3．1 直流输电系统的控制特性

2．3．2 直流控制系统的主要模块

2．4 本章小结

3 直流近区交流线路短路故障特性分析

3．1 直流馈入交流系统故障数学模型

3．2 直流近区交流系统故障引发换相失败

3．2．1 连续换相失败的机理

3．2．2 连续换相失败对短路故障电气特性的影响

3．3 直流近区交流线路短路故障特性分析

3．3．1 A相接地故障

3．3．2 AB两相接地故障

3．3．3 AB两相相同故障

3．3．4 ABC三相故障

3．4 本章小结

4 安稳装置短路故障跳闸适应性分析及改进

4．1 传统故障跳闸判据简介

4．1．1 安稳装置的启动判据

4．1．2 线路故障判据

4．2 传统故障跳闸判据适应性总结

4．3 基于序电压特征分量的新判据

4．3．1 单相故障

4．3．2 相间故障

4．3．3 相间余弦电压辅助判据

4．4 本章小结

5 RTDS实验验证

5．1 实验环境简介

5．1．1 RTDS实时数字仿真技术

5．1．2 SCS-500E分布式安稳装置实验样机

5．2 RTDS实验验证

5．2．1 RTDS实验方案

5．2．2 金属性短路

5．2．3 经过渡电阻短路

5．3 基于序电压分量的故障跳闸判据总结

5．4 总结

6 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况