高压直流输电系统线路保护、故障重启及故障测距方法的研究

摘要

高压直流输电（High Voltage Direct Current,HVDC）以其在输电稳定性、可控性、经济性等方面的优势，正逐步成为我国远距离、大容量输电及大区域联网的重要方式，其运行可靠性不仅关系到系统本身及内部设备的安全，甚至会对整个电网的运行稳定性造成重大影响。相关统计数据表明，直流系统故障主要为直流线路故障，因此，灵敏、可靠的直流线路继电保护，准确、快速的直流线路故障测距和故障重启策略，对于保障高压直流输电系统安全的意义重大。
　　在直流线路保护方面，目前普遍采用以行波保护为主保护，辅以微分欠压保护和纵联差动保护的配置方案，该配置方案可以正确动作于大多数线路故障类型，但在线路发生高阻接地故障时存在拒动的问题。在直流线路故障测距方面，目前主要采用行波测距法，但当故障接地电阻较高或故障行波较弱时，行波法存在波头不易检测、存在出口死区等问题。在线路故障重启方面，目前采用的重启方式为定延时重启，若重合于永久性故障，将对输电系统造成二次冲击，危害系统及输电设备安全。
　　针对以上问题，本文的主要工作包括：
　　（1）带直流线路开路试验中开路电压的计算
　　借鉴不带线路开路电压公式的推导方法，通过分析直流设备及线路元件对开路电压的影响，确定带线路开路电压的稳定条件，并通过对现有不带线路开路公式进行修正，给出适用于带线路开路试验的开路电压计算公式。该公式可用于修正开路试验电压保护的动作门槛值，防止开路试验电压保护在进行正常带线路开路试验时出现保护误动，在本文中，相关结论还用于直流线路故障重启过程中的直流线路电压分析。
　　（2）基于直流线路电压的直流线路故障重启改进方案研究
　　从现有直流线路故障重启策略入手，对故障极线路重启前的直流线路电压特征进行分析，利用直流线路电压在故障点消失前后的变化特征判断故障点是否消失，并以此为依据确定是否执行线路重启操作，实现直流输电线路的自适应重启。
　　（3）智能算法在直流线路故障测距上的应用研究
　　分别给出了基于遗传算法和神经网络算法的线路故障测距方法，讨论了智能优化算法在故障测距中的应用方式和优缺点。所提出的基于智能算法的故障测距方法可利用故障后任意时刻的数据完成故障测距，测距结果基本不受接地电阻和故障点位置的影响，同时降低了线路参数变化对测距精度的影响。
　　（4）高阻接地故障后备保护研究
　　在利用现有保护配置的前提下，通过修改保护配合逻辑，给出了针对高阻接地故障的改进动作方案，有效地减少了线路发生高阻接地故障时线路保护拒动情况的出现。
　　本文针对高压直流输电线路保护、故障重启逻辑及故障测距方法存在的实际问题展开讨论，给出了相应的改进方案，所得结论对于提高直流输电系统运行的安全性、稳定性具有重要的实际意义。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

1.2课题的研究现状

1.3课题完成的主要工作

第二章 高压直流输电系统结构、运行方式及仿真建模

2.1直流输电的基本原理及构成

2.2高压直流输电系统的接入及运行方式

2.3高压直流输电系统仿真建模

2.4本章小结

第三章 直流线路高阻接地故障直流保护配合方案

3.1直流输电线路故障类型及特点

3.2直流输电控制系统

3.3高压直流输电线路保护及相关极控后备保护

3.4高压直流输电线路单极高阻接地故障保护动作分析及配合方案

3.5本章小结

第四章 直流输电系统开路电压的计算

4.1直流开路试验定义及存在的问题

4.2不带直流线路开路试验开路电压公式的推导

4.3带直流线路开路试验开路电压公式的推导

4.4仿真验证

4.5本章小结

第五章 基于直流线路电压的超高压直流输电线路故障重启策略改进方案

5.1直流线路故障重启策略及故障后直流线路电压特征分析

5.2基于直流线路电压特征的直流线路故障重启改进方案

5.3仿真验证

5.4本章小结

第六章 智能优化算法在直流线路故障测距中的应用

6.1常见线路故障测距原理

6.2智能优化算法定义与分类

6.3基于遗传算法的高压直流输电线路故障测距法

6.4基于混合智能算法的高压直流输电线路故障测距方法

6.5本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢