同塔双回直流输电线路的感应电压仿真研究

随着对输电能力需求的扩大,同塔双回输电技术不仅在交流输电领域应用广泛,而且在直流输电领域也逐渐得到了应用。针对同塔双回直流输电线路之间电磁耦合带来的感应电压问题,采用雷电流仿真模型、杆塔多波阻抗模型和绝缘子先导闪络模型。并建立雷电绕击故障计算模型和接地故障计算模型,对不同运行电压、导线排列方式、土壤电阻率以及排列间距等对同塔双回直流输电线路感应电压的影响进行分析,以溪洛渡直流工程为参考．研究在不同运行方式、输送功率以及加装线路避雷器情况下,同塔双回线路间的电磁耦合特性。在对溪洛渡工程实例采用ATP—EMTP进行仿真的基础上,分别对雷电绕击和接地故障2种情形下的感应电压进行计算。比较并得出了影响线路间感应电压的主要因素。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析

针对实际工程中特高压直流输电线路雷击事件,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC实现雷击特高压线路的小步长仿真,解决了目前仿真方法未能与保护分析工作相适应的问题。主要分析了发生非故障性绕击、故障性绕击以及反击时保护安装处电压、电流的暂态过程,描述各电气暂态量在雷击极与非雷击极的主要特征及区别。结合实际行波保护模型的动作情况,对比非故障性绕击、故障性绕击以及反击下d U/dt判据、DU判据、DI判据在雷击极与非雷击极的响应结果,梳理雷击特高压直流输电线路行波保护判据的响应特性,指出在故障性绕击、反击场景下非雷击极行波保护误动情况是由于线路耦合导致在雷电流波头上升阶段出现非雷击极保护的DU、DI判据满足整定值造成的。最后给出了提高特高压直流系统行波保护雷击可靠性的优化思路。     

基于真双极的MTDC电网直流线路快速保护

多端柔性直流电网(multi-terminal flexible direct current,MTDC)的网状结构和故障特性对直流线路保护的动作性能提出更高的要求,对此提出一种基于单端量的直流线路电压行波保护方案。首先,针对基于MMC的MTDC电网直流侧发生的不同故障或干扰情形,理论分析故障电压反行波在线路上的传播特征差异。其次,利用小波变换提取高频电压反行波构建区内外故障识别判据;对于单极接地故障,提出故障极的识别判据;另外,针对架空线路遭受雷击后对行波保护的影响,构建雷击干扰识别判据。最后建立张北四端MTDC电网仿真模型,仿真结果验证所提保护方案的有效性。     

基于突变量能量波形特征的特高压直流输电线路单端保护方法

从提高特高压直流输电线路保护可靠性的角度出发,提出一种基于突变量能量波形特征的特高压直流输电线路单端保护方法。利用叠加原理分析故障后突变量能量,发现系统正常运行时,突变量能量为零。直流输电线路发生故障后,突变量能量具有明显变化,据此构造直流输电线路保护启动判据。进一步分析直流滤波器和平波电抗器对突变量能量波形的影响,发现二者的平滑作用使能量分散造成波形变缓,利用标准差系数刻画突变量能量波形的波动特性,据此构造直流输电线路区内、外故障识别判据。利用正、负极标准差系数之比构造故障选极判据,进而实现故障极全线速动保护。仿真结果表明,该保护方法能可靠地区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

高压直流输电线路防雷击干扰保护研究

针对高压直流输电系统需要快速区分区内外故障、雷击干扰时保护容易误动作、双极运行时故障极与健全极难以区分等问题,对其故障特征进行分析,提出了一套防雷击干扰的高压直流输电系统电压行波保护方案。首先,提出了基于小波变换的电压行波极性比较保护,解决了快速准确判断区内外故障的要求。另外,利用暂态电压在不同频带内的能量分布特性,可以准确区分出故障与雷击干扰,同时识别双极系统的故障极与健全极。通过Matlab/Simulink建模仿真,验证了该综合保护方案能够可靠动作,不受故障类型及位置的影响,受故障阻抗影响小,满足高压直流输电线路保护快速、灵敏、可靠的要求。     

同塔双回直流输电系统过电压特性研究

对于同塔双回直流输电系统,考虑到其线路之间的电磁耦合,一极发生故障将同时在健全极线感应出过电压,对正常运行极的换流站设备和线路造成影响,因此笔者认为对同塔双回直流输电系统换流站的过电压特性的研究是同塔双回直流输电工程设计的核心技术环节。为了进行具体的研究分析,笔者以溪洛渡±500 kV同塔双回直流输电工程为例,结合此工程主回路设计方案,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,对±500 kV同塔双回直流输电工程的各种过电压特性进行系统研究。通过系统模拟仿真,综合分析避雷器限压作用的影响,这些研究对于防范类似故障的发生以及处理等具有一定的借鉴意义。     

双极-地制高压直流输电系统单极接地故障扰动在极间的传递机制

在双极-地制的特高压直流输电系统中,存在一极线路接地故障导致另一极保护误动、换相失败和过电压等情况,不利于直流的安全可靠运行。从理论上分析了单极接地故障扰动在极间的传递机理,以及直流输电电压对故障传递的影响,并通过电磁暂态仿真再现了故障的发展进程。指出,故障电流变化率较高是导致异常现象的根本因素,并且随着电压等级的提高极间耦合更加严重,建议电压等级较高的直流工程应特别关注极间耦合带来的问题,采取相应措施,提高特高压直流系统的可靠性。     

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。     

±800kV云广直流输电线路保护的仿真及分析

建立包含控制系统阀控制层的±800kV云广直流输电系统仿真模型,对其以电量变化率为基础的行波保护作为主保护、电流差动保护作为后备保护的直流输电线路保护进行仿真,全面检测其保护动作特性。分析指出：电压变化率判据往往无法检出高阻接地故障,且受雷击干扰、冲击电晕和谐波的影响;电流差动保护是针对直流线路高阻故障的后备保护,它采用线路两侧电流差值的幅值为动作量,为避开区外交流侧故障和采样数据波动,最长延时会达到1.1s,在此阶段若阀组保护动作,将导致该极停运。建议采用＂保护原理冗余＂设计,即配置2套可互为补充的不同原理的保护系统。     

MMC-HVDC故障暂态特性及自适应重合闸技术EI北大核心CSCD

为提高架空线柔性直流电网运行可靠性,实现有选择性的自动重合闸,必须对直流侧故障特性及自适应重合闸方法进行研究分析。首先,建立直流侧双极短路和单极接地故障后的等效电路,对故障后的电压电流进行定量分析。参考实际工程参数在PSCAD软件中搭建了直流输电模型,验证故障特性的理论分析结果。其次,根据静电感应原理和直流电网运行特性,提出一套适用于基于架空线和直流断路器的直流电网的自适应重合闸方案。在瞬时性单极接地故障后,非故障极可正常运行,并会在故障极上感应出一定的静电感应电压,其大小在故障后也能够从理论上进行分析计算;而永久性故障后故障极上无法形成感应电压,据此可判别瞬时性故障或永久性故障。最后,通过大量仿真验证了所提出的方案能够有效区分瞬时性和永久性故障。     

HVDC中直流线路的互感机理及其对控制系统影响的研究

针对特高压直流输电工程中两极直流线路间的影响,应用线路间互感原理,对高压直流输电线路电磁耦合机理和扰动特征进行了深入的研究。从理论上计算了宾金直流输电工程两直流线路间存在较大的电磁耦合分量。通过RTDS建立的仿真模型,研究了一极线路故障时去游离时间长短、两极线路间距大小和一极电流升降速率大小对另一运行极控制系统的影响,结合现场实际线路故障的波形对宾金直流控制策略提出了优化方案。通过RTDS仿真验证了优化后的控制策略能在一极发生线路故障时对非故障极的影响降低到最小,有效地防止了双极闭锁,对于电网的可靠安全运行具有重大意义。     

同塔架设直流线路的相互影响研究

林枫直流与葛南直流是世界上首个同塔双回直流输电工程,同塔架设的直流线路间存在电磁耦合,但各极导线间的耦合关系不会给直流系统稳态运行带来严重影响,只有当直流线路发生接地故障等情况下,故障产生的暂态分量会因电磁耦合的关系及线路参数不平衡等原因影响到其他正常运行的极导线。为此,首先对林枫直流系统调试时直流线路故障和丢失脉冲试验对同塔架设直流的影响进行了分析;其次,利用EMTDC建立同塔双回直流输电研究模型,在重现直流线路故障和丢失脉冲试验的基础上,深入分析了林枫直流一极线路故障导致健全极发生换相失败和林枫直流丢失脉冲故障导致葛南直流发生换相失败的原因。     

特高压直流输电线路暂态能量保护

在分析±800 kV特高压直流输电线路区内外故障、雷击等暂态过程的基础上,提出了一种特高压直流输电线路暂态能量保护新原理。该原理根据各种暂态过程中线路两侧低频能量差值的故障特征,实现了区内故障及其故障极的快速准确识别。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真验证,结果表明该保护原理简单、可靠、实用性强,具有绝对的选择性,不受雷击干扰、两极线路电磁耦合和换相失败的影响,高阻接地故障仍具有足够的灵敏性,能满足特高压直流线路对保护性能的要求,可在当前高压直流控制保护系统硬件条件下实现。     

基于小波变换的HVDC输电系统故障诊断研究

利用PSCAD/EMTDC工具,搭建了完整的高压直流输电系统的电磁暂态模型,对直流输电系统的各种典型故障进行仿真。经小波变换后,提取了多种典型故障信息特征波形。分析了直流线路保护区内与区外故障的暂态电流信号极性和过渡电阻等因素对电流暂态信号极性识别的影响。研究了在双极系统中,故障时两极之间电压耦合关系状态下,由电压变化量来判定故障极。由此提出了一种基于暂态信息的直流输电线路保护判据。仿真结果表明,该保护判据能准确识别故障位置,具有较高的耐过渡电阻能力,并且对通信通道的可靠性要求较低。     

基于限流电抗暂态电压的直流配电网单端量保护

对直流配电系统线路的保护是直流配电系统安全稳定运行的保障。本文以四端直流配电系统为研究对象,提出一种基于限流电抗电压特性的单端量保护方案。首先,对四端直流配电网的直流线路故障特性进行分析,给出一种限流电抗电压的计算方法。然后,将故障后一段时间内限流电抗电压的变化率及幅值的大小用于判断区内、外故障;以正、负极限流电抗电压的绝对值构成的对数之和作为判据,来实现故障类型的识别和故障选极。最后,在PSCAD/EMTDC中建立四端柔性直流配电网仿真模型,仿真分析表明,本文提出的保护方案仅利用单端电气量即可正确实现故障判别和故障选极,同时能够躲避雷击电流的影响,具有良好的抗过渡电阻及噪声的能力。     

白鹤滩-江苏特高压混合直流输电线路行波保护适应性分析

为探究现有直流输电线路行波保护对白鹤滩-江苏特高压混合直流输电系统(简称：白江混合系统)的适应性,根据白江混合系统直流线路故障附加网络推导直流线路区内外故障时线路两端故障行波的边界传播特性。分析发现,直流线路正向区外故障后边界传播特性与传统直流系统存在差异。进一步分析行波保护判据的变化情况,表明行波保护判据主要受整流侧反射系数和逆变侧折射系数的影响。将白江混合系统与传统直流输电系统进行对比,发现当直流输电线路正向区外发生短路故障后,白江混合系统电压变化量、电压变化率、极波变化量和极波变化率比传统直流系统变化更大,导致行波保护误动风险增大。最后,基于PSCAD搭建白江混合系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于小波变换的高压直流输电线路暂态电压行波保护

详细研究了高压直流输电线路发生故障后暂态电压行波的能量分布特征,利用小波变换对暂态电压进行多尺度分析,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对直流线路在区外和区内故障、故障性雷击和非故障性雷击等几种典型故障下,直流线路暂态电压在各个小波分解尺度下的能量分布进行了仿真计算。计算结果表明,当直流线路发生不同类型故障时,其暂态电压的低频与高频能量的比值有较大差异。根据这些特征,构成了一种新的高压直流线路行波保护判据。     

基于小波变换的高压直流输电线路暂态电压行波保护

详细研究了高压直流输电线路发生故障后暂态电压行波的能量分布特征,利用小波变换对暂态电压进行多尺度分析,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对直流线路在区外和区内故障、故障性雷击和非故障性雷击等几种典型故障下,直流线路暂态电压在各个小波分解尺度下的能量分布进行了仿真计算.计算结果表明,当直流线路发生不同类型故障时,其暂态电压的低频与高频能量的比值有较大差异.根据这些特征,构成了一种新的高压直流线路行波保护判据.