含直流馈入的交流系统故障特性及保护新原理研究

【摘要】：随着我国交直流互联电网格局的形成,交直流系统之间电气耦合作用越来越紧密,直流馈入对交流系统故障特性的影响成为目前最受关注的问题之一。直流系统由于存在大容量的非线性电力电子器件以及直流控制的快速动态响应,使得直流馈入的故障电流与传统交流系统有很大不同,可能会导致基于工频电气量的交流保护不正确动作。为此,本文围绕交流系统发生故障详细地分析了换流器的暂态过程,研究了直流馈入对交流侧继电保护的影响,找到其相应的解决方案。本文取得了如下成果:针对现有的直流系统故障等值模型进行了适应性分析,结果表明:在系统正常运行和故障恢复后的情况下,现有的模型都能很好的描述系统的运行状态;但在系统故障期间尤其是引发直流侧换相失败的情况下,目前的模型准确程度大幅降低。究其原因,皆因其未考虑换流器的暂态过程,并未与实际工况和直流控制策略相对应。为此,本文提出了一种基于实时换流母线电压并考虑换流器暂态过程的直流闭环模型,其主要包括三个部分:换流器模型、直流输电线路模型、直流控制模型。详细分析了直流控制策略之间的配合问题,并给出了实际的系统控制参数;重点研究了换流器在各种典型换相失败情况下的暂态过程,得到了换流阀电流、电压的微分表达式,继而通过直流输电模型求得直流电流,最终得到了直流馈入的故障电流的瞬时值,并通过仿真验证了理论分析的正确性。基于受端交流系统故障诱发直流换相失败的暂态过程分析,揭示了直流馈入对交流保护影响的机理。针对直流馈入导致电流差动保护动作电流变小,制动电流变大从而引起保护拒动的问题,提出了一种靠近直流侧的交流电流减去直流电流再与对侧做电流差动的不完全差动保护新方法,从根本上解决了直流馈入对保护的影响。针对直流馈入使距离保护的测量阻抗波动变大问题,提出了一种基于直流电流波动周期滤波和累积滤波相配合的方法,有效的解决了测量阻抗因波动而引起保护不正确动作的问题。