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高压直流输电换相失败的瞬态特征研究

张汝莲  
【摘要】:宁东—山东高压直流输电工程的投运将对山东电网的安全稳定运行带来挑战。鉴于直流系统特殊的运行特点,直流系统故障对交流继电保护和交流电网的安全有潜在隐患,因此有必要对直流系统故障情况时的交流系统电气瞬态特征进行研究。在PSCAD/EMTDC环境下,对含宁东—山东高压直流输电系统的山东电网进行了详细的电磁暂态建模。基于此模型,对由交流线路故障引起的逆变器换相失败进行仿真。将Prony算法用于换相失败后交流线路的电气瞬态特征分析,通过拟合波形和仿真波形的吻合,说明算法的有效性。Prony分析结果表明,换相失败后直流系统向交流线路注入很多的暂态间谐波成分,使交流线路电气量波形发生畸变,其中有些成分的幅值较大,可能会影响交流继电保护装置的正确动作。研究了当青岛换流站附近交流线路不同位置发生不同类型的短路故障时,直流系统换相失败对交流系统电气瞬态特征的影响。仿真分析结果表明,换相失败使故障线路的平行线路的电流发生严重畸变,且其故障相电流畸变程度随着故障位置和故障类型的不同而不同,在线路中间发生故障比线路两端故障时畸变严重,发生单相接地短路故障比三相短路故障时畸变严重。通过原因分析可知,故障后交流线路的电流畸变程度与该线路中流过的短路电流中由直流系统所产生的谐波电流所占的比重有关。影响该短路电流的成分及各成分所占比重的因素有故障后短路电流的分布和短路故障对直流换相失败的影响程度,前者与整个电网的拓扑、运行方式及故障位置有关,后者与故障类型有关。在山东电网这个特定的电网及特定的运行条件下,在线路中间发生单相接地短路故障时,其平行线路的电流畸变最严重。


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