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多馈入交直流互联系统广域保护策略研究

吴羽翀  
【摘要】:随着我国逐步建立起电网规模和电压等级均处于世界前列的交直流互联系统,我国各大区域电网通过交、直流输电形式实现互联。但与此同时,传统基于集中参数模型的继电保护技术利用基尔霍夫定律、工频电气量信息构造保护原理,而交直流互联系统故障时的非线性特征导致传统故障分析方法不再适用,在直流接入场景下传统继电保护可能发生拒动或误动。因此,本文围绕交流线路故障引发换相失败的场景,对直流线路保护、交流线路保护及交流线路重合闸方法进行研究,本文取得了如下的成果:针对直流线路区内故障保护耐过渡电阻能力差,区外故障保护易误动等问题,提出了一种基于正负极电压差的直流线路纵联方向保护新方法。首先,通过分析不同时段内换流器的运行工况,推导了交流系统馈入直流系统的电流微分表达式。在此基础上,结合交流侧故障分量网络,建立正负极电压差的计算模型,并通过比对正负极电压差与实际电压差的一致性程度,构建可以识别直流线路区内外故障的保护方法。针对交流线路故障引发换相失败导致保护拒动、误动等问题,提出了一种基于故障恰似因子的交流线路距离保护新方法。首先,通过分析不同时段内换流器的导通状态,推导了直流系统馈入交流系统电流的表达式。在此基础上,结合交流侧故障分量网络,建立了计及当前直流系统馈入电流影响的虚拟故障位置方程。然后,利用多时间断面信息构成的方程组,求解虚拟故障位置,并通过比对虚拟故障位置与实际故障位置的一致性程度,构造故障恰似因子用以识别不同类型故障。针对交流线路故障恢复电压和电弧电压幅值较低导致难以正确区分永久性与瞬时性故障等问题,提出了一种基于虚拟瞬时功率的单相重合闸故障识别方法。首先,通过分析永久性与瞬时性故障情况下的交流侧网络,构建了交流线路两端瞬时功率差的计算模型,并将瞬时功率差分解为受线路两端电流影响与仅受线路单端电流影响的虚拟瞬时功率两部分。在此基础上,利用受线路两端电流影响的虚拟瞬时功率在永久性故障情况下不为零,在瞬时性故障情况下为零的特征,构造故障性质识别判据用以区分永久性与瞬时性故障。针对交直流互联系统广域保护的相关研究较少的情况,提出了一种基于向量相似度的交直流混联系统广域后备保护新方法。首先,根据本文提出的直流线路保护和交流线路保护的动作信号,并结合其他元件的动作情况,形成动作矩阵。然后,通过提取实际保护信号,并衡量实际动作信号与动作矩阵的余弦相似度,实现故障元件的可靠、快速识别。


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