混合高壓直流輸電系統(tǒng)直流輸電線路保護(hù)原理研究

高壓直流輸電是遠(yuǎn)距離大容量電能輸送的一種重要方式，然而受換流器結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)存在換相失敗等固有缺陷。整流側(cè)采用電網(wǎng)換相換流器（LCC）、逆變側(cè)采用電壓源型換流器（VSC）的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)既能夠避免換相失敗的發(fā)生，同時(shí)相較于純?nèi)嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)可降低成本，是未來高壓直流輸電的重要發(fā)展方向之一。由于LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)兩端結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，故障后的特征與傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)相差較大，傳統(tǒng)的直流輸電線路保護(hù)方案在混合直流輸電系統(tǒng)中不再適用，因而必須研究適用于LCC-VSC混合高壓直流系統(tǒng)的線路保護(hù)方案。本項(xiàng)目針對(duì)LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)，通過對(duì)線路邊界的頻率特性、線路區(qū)內(nèi)外故障的特征進(jìn)行深入分析，研究了適用于混合直流輸電系統(tǒng)的線路保護(hù)原理并構(gòu)建了完整的保護(hù)方案。具體工作如下：在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)建立了詳細(xì)的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，并提出了一種模塊化多電平換流器的快速仿真模型。分析了現(xiàn)有高壓直流輸電系統(tǒng)線路保護(hù)在混合直流輸電系統(tǒng)中的適應(yīng)性，指出傳統(tǒng)直流輸電線路保護(hù)應(yīng)用于LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)中的最大問題在于：當(dāng)VSC一側(cè)線路限流平波電抗器較小時(shí)，整流側(cè)單端量主保護(hù)難以區(qū)分對(duì)端線路區(qū)外故障和線路區(qū)內(nèi)末端故障及高阻故障情況。通過理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)線路兩端邊界的折反射頻率特性、區(qū)內(nèi)外故障特征、線路極間耦合特性進(jìn)行了深入分析。在此基礎(chǔ)上提出了多種利用單極單端信息的故障選極原理和利用雙極單端信息的故障選極原理，提出了基于反行波變化量的單端量主保護(hù)新原理、基于線模首行波電壓回升比的超高速單端量主保護(hù)新原理，并提出了基于電流故障分量極性特征的縱聯(lián)保護(hù)和基于混合方向元件的縱聯(lián)保護(hù)作為線路后備保護(hù)。仿真測(cè)試表明所提的保護(hù)原理在速動(dòng)性、選擇性、耐受過渡電阻等方面具有良好的性能，所提超高速單端量主保護(hù)新原理的故障選區(qū)速度理論上最快僅需數(shù)十微秒、且保護(hù)性能受過渡電阻影響較小，很好的解決了現(xiàn)有保護(hù)存在的問題。 2100433B

整流側(cè)采用電網(wǎng)換相換流器、逆變側(cè)采用電壓源換流器的混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)合兩種換流器的優(yōu)勢(shì)，可徹底避免傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)換相失敗問題，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。架空線輸電的混合直流輸電系統(tǒng)線路故障多為瞬時(shí)故障，直流系統(tǒng)無需停運(yùn)，正確識(shí)別線路故障可減少系統(tǒng)停運(yùn)次數(shù)、提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。由于混合直流輸電系統(tǒng)線路兩端換流站不同，一次元件配置不對(duì)稱，故障后響應(yīng)不同，不能直接使用兩端對(duì)稱的傳統(tǒng)直流或柔性直流輸電系統(tǒng)的線路故障甄別原理。本項(xiàng)目采用數(shù)字仿真、理論分析、算法研究相互結(jié)合的方法，分析混合直流輸電系統(tǒng)線路兩端邊界特性，研究直流線路區(qū)內(nèi)外故障特征，分別針對(duì)整流側(cè)和逆變側(cè)提出能夠準(zhǔn)確識(shí)別線路故障的甄別原理和判據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法。最終構(gòu)建一套完整的具有原理冗余的混合直流輸電系統(tǒng)線路故障甄別與保護(hù)方案，并利用仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證其有效性。本項(xiàng)目的研究為混合直流輸電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

在一個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)中，電能從三相交流電網(wǎng)的一點(diǎn)導(dǎo)出，在換流站轉(zhuǎn)換成直流，通過架空線或電纜傳送到接受點(diǎn)；直流在另一側(cè)換流站轉(zhuǎn)化成交流后，再進(jìn)入接收方的交流電網(wǎng)。直流輸電的額定功率通常大于100兆瓦，許多在1000-3000兆瓦之間。

高壓直流輸電用于遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電，因?yàn)樗鄬?duì)傳統(tǒng)的交流輸電更經(jīng)濟(jì)。

應(yīng)用高壓直流輸電系統(tǒng)，電能等級(jí)和方向均能得到快速精確的控制，這種性能可提高它所連接的交流電網(wǎng)性能和效率，直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)被普遍應(yīng)用。

高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電，然后通過直流輸電線路送往另一個(gè)換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它基本上由兩個(gè)換流站和直流輸電線組成， 兩個(gè)換流站與兩端的交流系統(tǒng)相連接。

直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低直流輸電近年來發(fā)展較快。我國(guó)葛洲壩一上海1100km、±500kV，輸送容量的直流輸電工程，已經(jīng)建成并投入運(yùn)行。此外，全長(zhǎng)超過2000公里的向家壩-上海直流輸電工程也已經(jīng)完成，于2010年7月8日投入運(yùn)行。該線路是目前（截至2011年初）世界上距離最長(zhǎng)的高壓直流輸電項(xiàng)目。

中文名稱

兩端高壓直流輸電系統(tǒng)

英文名稱

two-terminal HVDC transmission system，TTDC transmission system

定　　義

由兩個(gè)高壓直流輸電換流站和連接它們的高壓直流線路組成的高壓直流輸電系統(tǒng)。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），高壓直流輸電（二級(jí)學(xué)科）

《高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備典型故障分析》共分8章，分別為高壓直流輸電換流站主要設(shè)備、高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備事故處理原則、高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備故障分析、高壓直流輸電系統(tǒng)控制和保護(hù)設(shè)備故障分析、高壓直流輸電系統(tǒng)輔助設(shè)備故障分析、高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備事故預(yù)案、高壓直流輸電系統(tǒng)控制和保護(hù)設(shè)備事故預(yù)案、高壓直流輸電系統(tǒng)輔助設(shè)備事故預(yù)案。 2100433B