混合高壓直流輸電系統直流輸電線路保護原理研究

《混合高壓直流輸電系統直流輸電線路保護原理研究》是依託西安交通大學，由張保會擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：混合高壓直流輸電系統直流輸電線路保護原理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張保會
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

整流側採用電網換相換流器、逆變側採用電壓源換流器的混合直流輸電系統結合兩種換流器的優勢，可徹底避免傳統直流輸電系統換相失敗問題，在我國具有廣闊的套用前景。架空線輸電的混合直流輸電系統線路故障多為瞬時故障，直流系統無需停運，正確識別線路故障可減少系統停運次數、提高系統運行可靠性。由於混合直流輸電系統線路兩端換流站不同，一次元件配置不對稱，故障後回響不同，不能直接使用兩端對稱的傳統直流或柔性直流輸電系統的線路故障甄別原理。本項目採用數字仿真、理論分析、算法研究相互結合的方法，分析混合直流輸電系統線路兩端邊界特性，研究直流線路區內外故障特徵，分別針對整流側和逆變側提出能夠準確識別線路故障的甄別原理和判據，設計實現算法。最終構建一套完整的具有原理冗餘的混合直流輸電系統線路故障甄別與保護方案，並利用仿真數據驗證其有效性。本項目的研究為混合直流輸電系統保護技術的發展奠定基礎。

結題摘要

高壓直流輸電是遠距離大容量電能輸送的一種重要方式，然而受換流器結構的限制，傳統高壓直流系統存在換相失敗等固有缺陷。整流側採用電網換相換流器（LCC）、逆變側採用電壓源型換流器（VSC）的LCC-VSC混合直流輸電系統既能夠避免換相失敗的發生，同時相較於純柔性直流輸電系統可降低成本，是未來高壓直流輸電的重要發展方向之一。由於LCC-VSC混合高壓直流輸電系統兩端結構不對稱，故障後的特徵與傳統的直流輸電系統相差較大，傳統的直流輸電線路保護方案在混合直流輸電系統中不再適用，因而必須研究適用於LCC-VSC混合高壓直流系統的線路保護方案。本項目針對LCC-VSC混合高壓直流輸電系統，通過對線路邊界的頻率特性、線路區內外故障的特徵進行深入分析，研究了適用於混合直流輸電系統的線路保護原理並構建了完整的保護方案。具體工作如下：在PSCAD/EMTDC電磁暫態仿真平台建立了詳細的LCC-VSC混合直流輸電系統電磁暫態仿真模型，並提出了一種模組化多電平換流器的快速仿真模型。分析了現有高壓直流輸電系統線路保護在混合直流輸電系統中的適應性，指出傳統直流輸電線路保護套用於LCC-VSC混合直流輸電系統中的最大問題在於：當VSC一側線路限流平波電抗器較小時，整流側單端量主保護難以區分對端線路區外故障和線路區內末端故障及高阻故障情況。通過理論推導和仿真實驗，對線路兩端邊界的折反射頻率特性、區內外故障特徵、線路極間耦合特性進行了深入分析。在此基礎上提出了多種利用單極單端信息的故障選極原理和利用雙極單端信息的故障選極原理，提出了基於反行波變化量的單端量主保護新原理、基於線模首行波電壓回升比的超高速單端量主保護新原理，並提出了基於電流故障分量極性特徵的縱聯保護和基於混合方向元件的縱聯保護作為線路後備保護。仿真測試表明所提的保護原理在速動性、選擇性、耐受過渡電阻等方面具有良好的性能，所提超高速單端量主保護新原理的故障選區速度理論上最快僅需數十微秒、且保護性能受過渡電阻影響較小，很好的解決了現有保護存在的問題。