特高压直流输电线路故障暂态信号高频特性研究

为研究特高压直流输电线路暂态保护,需要对故障暂态信号高频量的频率特性进行深入研究。分析特高压直流输电线路故障机理,提出由平波电抗器、直流滤波器和PLC滤波器组成特高压直流输电"线路边界"并分析其频率特性。根据云广特高压直流输电系统实际参数,建立云广特高压直流输电仿真模型,对特高压直流输电线路雷击、接地短路、高阻接地以及换相失败进行仿真分析,对各故障暂态信号进行频谱分析并对区内、区外故障的频谱特性进行比较,得到同一种故障在区内、区外故障时故障暂态信号的频率特性特点。     

一种特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路边界以及特高压直流输电线路的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用。分析现有特高压直流输电线路暂态保护原理的保护范围,指出现有利用保护元件区分本侧区内外故障的特高压直流输电线路暂态保护原理并不能实现特高压直流输电线路全线保护。综合考虑特高压直流输电线路边界和线路对故障暂态信号高频量的衰减作用,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

特高压直流输电线路和边界频率特性研究

根据云广特高压直流输电系统实际参数,建立特高压直流输电线路以及由平波电抗器、直流滤波器和PLC滤波器所构成的特高压直流输电线路边界的频域模型,分析特高压直流输电线路和线路边界的频率特性。对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用,以及故障位置对保护安装点所检测到的故障暂态信号高频量的影响进行了研究。研究结果表明,边界和线路对暂态信号高频量的衰减作用大小和故障与保护安装点的距离有关,当故障发生点与保护安装点的距离大于　－lnG（j ω）／α时,线路对频率为ω／（２π）高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对特高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频量的衰减作用进行仿真验证,仿真结果证明了上述结论的正确性。     

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路以及边界的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用,得到当故障发生点与保护安装点的距离大于 时,线路对频率为 高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用的结论。证明特高压直流输电系统整流侧和逆变侧关于直流输电线路中点对称,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理和动作判据,该原理能实现特高压直流输电线路全线保护。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

云广±800kV特高压直流输电线路暂态保护特征频带选取

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理能够实现线路全长保护。提取故障暂态量的特征频带对基于此原理的特高压直流输电线路暂态保护的研究非常重要。结合云广特高压直流输电系统实际参数,利用PSCAD/EMTDC建立云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型。根据云广特高压直流输电系统边界实际参数,得出线路边界透射系数阻带。分析各种类型故障信号的频率特性,得出位于边界透射系数阻带内的故障信号主能量频带。故障信号特征频带是主能量频带内,满足衰减规律——线路及边界对故障信号的双重衰减效果要强于单个线路对信号的衰减的故障信号所对应的频带,特征频带内的故障暂态量能准确反映故障位置,可以提取特征频带内的暂态量作为线路暂态保护的故障信号。     

特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护

提出一种特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护方法。来自特高压直流输电线路本侧区外和来自对侧的故障电流在突变方向上具有明显的差异,据此判断故障信号来自对侧还是本侧区外;如故障信号来自对侧,则利用希尔伯特黄变换求出故障信号的第一个固有模态函数(IMF1)瞬时频率,提取瞬时频率最大值从而判断故障位于对侧区内还是区外。给出一种特高压直流输电线路单端电流暂态保护方案。在PSCAD仿真平台上对提出的方法进行仿真验证。     

一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法

直流输电线路故障时,高频故障暂态信号将沿线路向两端传播,线路对故障暂态信号高频分量有衰减作用。研究双极特高压直流输电线路频率特性,得到特高压直流输电线路对高频量有衰减作用,线路越长,衰减作用越剧烈的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,得到基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理难以准确实现直流输电点线路故障测距的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,提出频带衰减概念,推导出基于频带衰减的故障距离计算公式。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对提出的基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理进行仿真验证,仿真测距结果有较高的准确度。     

基于形态学的特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护

提出一种基于形态学的特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护方法,根据故障电流行波方向判定故障发生在本侧区外,或者本侧区内/对侧区外,根据边界及线路对高频信号的衰减特性判定故障发生在本侧区内还是对侧区外。利用整流侧保护安装处获取的故障暂态电流信号结合多分辨形态梯度(MMG)变换,提取电流信号在突变点的极性,提出电流方向元件原理及判据。对整流侧保护安装处检测到的暂态信号进行形态谱运算,并将形态谱归一化后的值转换到频域,通过比较在频域内的形态谱判断故障在对侧区外还是本侧区内。仿真结果表明所提方法能准确区分本侧区外、本侧区内和对侧区外故障,实现特高压直流输电线路全线保护。     

基于PSCAD的特高压直流输电系统单相接地过电压的研究

以±800kV云广特高压直流输电工程为背景,应用电磁暂态计算软件PSCAD建立了特高压直流输电系统模型,详细研究了特高压直流线路距整流站不同距离发生对地闪络故障时过电压的沿线分布及水平,指出直流线路中点故障时非故障极线路中点的过电压幅值最高,计算分析了杆塔接地电阻、换流站端部阻抗、线路长度及线路参数等因素对线路过电压水平的影响。     

高压直流输电线路暂态保护分析与展望

现时高压直流输电线路保护广泛采用ABB或西门子保护方案和配置。通过对ABB和西门子行波保护动作特性仿真结果分析及运行经验表明,二者保护方案无法可靠、灵敏地切除高阻接地故障,且易受噪声等外界信号干扰。同时,对国内外直流线路暂态保护的新思想进行分析总结,提出了提高高压直流输电线路暂态保护抗过渡电阻能力及区内、区外故障暂态分析所必须解决的几个关键性问题,为日后高品质直流线路保护判据的提出提供研究方向。