直流輸電系統(tǒng)故障

直流輸電(HVDC)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的輸電技術(shù),主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、海底電纜或大城市地下電纜送電。

若系統(tǒng)發(fā)生故障,將使生產(chǎn)停頓以致發(fā)生混亂,所以故障診斷是超高壓直流輸電技術(shù)的核心,也是實(shí)施系統(tǒng)保由于整流站的控制參數(shù)的不合理導(dǎo)致快速控制造成次同步頻率范圍內(nèi)的負(fù)阻尼所造成的[5-7],這些研究都是針對(duì)系統(tǒng)在小擾動(dòng)下對(duì)機(jī)電扭振互作用進(jìn)行分析,而對(duì)于直流輸電系統(tǒng)故障對(duì)于發(fā)電機(jī)組軸系扭矩的影響,即由于直流系統(tǒng)故障所高壓直流輸電(HVDC)是一種新型輸電技術(shù),為更有效地診斷HVDC系統(tǒng)故障,本文首先對(duì)系統(tǒng)幾種常見故障進(jìn)行仿真研究,在此基礎(chǔ)上提出將支持向量機(jī)(SVM)用于系統(tǒng)故障分類,并對(duì)不同參數(shù)下的SVM模型性能進(jìn)行比較。2100433B

序一

序二

前言

第1章 緒論 1

1.1 直流輸電系統(tǒng)組成 2

1.1.1 直流輸電系統(tǒng)一次結(jié)構(gòu) 2

1.1.2 直流輸電系統(tǒng)的二次控制保護(hù) 3

1.2 直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行特性 5

1.2.1 接入約束 5

1.2.2 穩(wěn)定約束 6

1.2.3 諧波約束 7

1.2.4 運(yùn)行方式 8

1.2.5 直流偏磁 10

1.3 直流輸電系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)特點(diǎn) 12

1.3.1 控制特性強(qiáng)約束 12

1.3.2 閥動(dòng)態(tài)切換 13

1.3.3 交直流系統(tǒng)相互作用 13

1.3.4 長直流輸電線路 15

1.4 本書內(nèi)容結(jié)構(gòu) 15

第2章 直流系統(tǒng)換流器故障暫態(tài)過程分析 17

2.1 引言 17

2.2 換流器的換相暫態(tài)過程 17

2.2.1 換流器正常換相暫態(tài)過程 17

2.2.2 交流電網(wǎng)故障時(shí)換流器換相暫態(tài)過程 20

2.2.3 換流器換相失敗暫態(tài)過程 28

2.3 交流故障特征經(jīng)換流器侵入的暫態(tài)過程 30

2.4 換流器區(qū)的故障類型 33

2.4.1 換流器閥短路故障 34

2.4.2 換流器直流側(cè)出口短路故障 37

2.4.3 換流器直流側(cè)對(duì)地短路故障 41

2.4.4 換流器交流側(cè)相間短路故障 42

2.4.5 換流器交流側(cè)相對(duì)地短路故障 44

2.5 換流器對(duì)交流故障響應(yīng)的暫態(tài)過程 48

2.5.1 系統(tǒng)不對(duì)稱時(shí)換流器狀態(tài)切換模型 48

2.5.2 換流器交流連接線故障暫態(tài)過程分析 49

第3章 直流系統(tǒng)故障特性的換流器效應(yīng)對(duì)換流器保護(hù)的影響分析 55

3.1 引言 55

3.2 換流器保護(hù)與換流變保護(hù)的邊界問題 55

3.3 換流器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果的離散性 57

3.3.1 換流器差動(dòng)保護(hù)對(duì)不同類型故障響應(yīng)的不確定性 58

3.3.2 換流器差動(dòng)保護(hù)特征量動(dòng)態(tài)特性影響因素 60

3.3.3 換流器差動(dòng)保護(hù)特征量動(dòng)態(tài)特性分析 62

3.4 基頻保護(hù)動(dòng)作結(jié)果及響應(yīng)時(shí)間離散性分析 81

3.4.1 50Hz和100Hz分量的產(chǎn)生機(jī)理 81

3.4.2 交流故障下基頻保護(hù)特征量動(dòng)態(tài)特性分析 83

3.5 低電壓保護(hù)動(dòng)作結(jié)果及響應(yīng)時(shí)間離散性分析 88

第4章 逆變側(cè)交流故障引發(fā)直流換相失敗的暫態(tài)過程與評(píng)估 94

4.1 引言 94

4.2 逆變側(cè)交流故障引發(fā)換相失敗的暫態(tài)過程分析 94

4.2.1 逆變側(cè)交流故障下的換流母線電壓 94

4.2.2 逆變母線電壓畸變引發(fā)換相失敗的暫態(tài)過程 97

4.3 逆變側(cè)交流故障引發(fā)換相失敗的影響因素 102

4.3.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式 102

4.3.2 故障時(shí)刻 104

4.3.3 故障位置 106

4.3.4 故障類型 107

4.3.5 過渡電阻 108

4.4 考慮時(shí)空離散性的換相失敗評(píng)估方法 109

4.4.1 同時(shí)計(jì)及電壓幅值和相位變化的熄弧角判據(jù) 109

4.4.2 基于短路計(jì)算程序的換相失敗評(píng)估方法 111

4.4.3 換相失敗評(píng)估方法的校驗(yàn) 112

第5章 直流系統(tǒng)故障及擾動(dòng)對(duì)交流繼電保護(hù)的影響分析 121

5.1 引言 121

5.2 直流系統(tǒng)運(yùn)行工況對(duì)交流繼電保護(hù)的影響 122

5.2.1 慢速變化工況 122

5.2.2 快速變化工況 124

5.2.3 直流系統(tǒng)運(yùn)行工況對(duì)交流繼電保護(hù)影響評(píng)價(jià) 125

5.3 直流系統(tǒng)換相失敗引起的交流系統(tǒng)故障特征變異 127

5.3.1 故障特征變異的概念 127

5.3.2 基于“競爭”的故障特性變異機(jī)理分析 128

5.3.3 “競爭”的基本分析方法 129

5.3.4 交直流系統(tǒng)電氣競爭范圍分析 129

5.3.5 交流系統(tǒng)故障特征變異對(duì)繼電保護(hù)的影響途徑 130

5.4 故障特征變異下交流繼電保護(hù)動(dòng)態(tài)行為 131

5.4.1 變化量方向元件 131

5.4.2 零序元件 138

5.4.3 負(fù)序元件 140

5.4.4 距離元件 144

5.4.5 差動(dòng)元件 149

5.5 故障特征變異引起暫態(tài)功率倒向問題分析 151

5.5.1 暫態(tài)快速功率倒向機(jī)理 151

5.5.2 暫態(tài)快速功率倒向發(fā)生的電氣條件 152

5.5.3 暫態(tài)快速功率倒向發(fā)生的時(shí)序條件 154

5.5.4 多直流饋入系統(tǒng)的特殊性 155

5.5.5 暫態(tài)功率倒向影響保護(hù)動(dòng)作的因素分析 157

5.6 直流系統(tǒng)對(duì)交流繼電保護(hù)的其他影響分析 158

5.6.1 直流偏磁與諧波問題 158

5.6.2 電氣量快速變化問題 161

第6章 直流輸電線路故障暫態(tài)過程分析 165

6.1 引言 165

6.2 直流輸電線路故障概述 166

6.2.1 直流輸電線路故障分類 166

6.2.2 直流輸電線路的故障階段 173

6.3 直流輸電線路故障行波過程分析 175

6.3.1 直流輸電線路數(shù)學(xué)模型 175

6.3.2 故障行波在直流輸電線路不連續(xù)邊界的折反射規(guī)律 179

6.3.3 故障行波在直流輸電線路中的傳遞過程 183

6.3.4 直流輸電線路故障行波傳播特性 186

6.4 直流控制對(duì)直流輸電線路故障的影響 190

6.4.1 直流系統(tǒng)控制功能簡介 190

6.4.2 極層控制的影響作用 191

6.4.3 換流器層控制的影響作用 192

第7章 直流輸電線路繼電保護(hù)動(dòng)態(tài)行為分析 197

7.1 引言 197

7.2 直流輸電線路繼電保護(hù)及其特征量 197

7.2.1 直流輸電線路繼電保護(hù)概述 197

7.2.2 直流輸電線路繼電保護(hù)的特征量 198

7.3 直流輸電線路保護(hù)特征量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性及影響因素 199

7.3.1 電壓變化率du/dt的動(dòng)態(tài)特性及其影響因素 200

7.3.2 電壓變化量ΔU的動(dòng)態(tài)特性及其影響因素 204

7.3.3 電流變化量ΔI的動(dòng)態(tài)特性及其影響因素 205

7.3.4 線路低電壓水平|Udl|的動(dòng)態(tài)特性及其影響因素 206

7.3.5 差電流|Idl—Idl_os|的動(dòng)態(tài)特性及其影響因素 210

7.4 直流輸電線路繼電保護(hù)的動(dòng)態(tài)行為 212

7.4.1 行波保護(hù) 213

7.4.2 微分欠壓保護(hù) 221

7.4.3 直流輸電線路差動(dòng)保護(hù) 225

7.5 直流輸電線路繼電保護(hù)優(yōu)化策略 230

7.5.1 特征量ΔI的處理方式的優(yōu)化 230

7.5.2 行波保護(hù)電壓判據(jù)的優(yōu)化 237

7.5.3 基于高頻采樣的直流輸電線路行波保護(hù)優(yōu)化 241

7.6 直流輸電線路繼電保護(hù)新原理 245

7.6.1 檢測電流首峰值時(shí)間的直流輸電線路繼電保護(hù)新原理 245

7.6.2 基于寬頻信息的直流輸電線路故障測距研究 255

第8章 直流輸電線路解析方法及應(yīng)用 265

8.1 引言 265

8.2 直流輸電線路故障分析模型 266

8.2.1 貝吉龍法概述 266

8.2.2 單極直流輸電線路故障分析模型 267

8.2.3 雙極直流輸電線路故障分析模型 273

8.2.4 雷擊直流輸電線路暫態(tài)分析模型 279

8.2.5 直流控制和行波色散等值模型 285

8.3 直流輸電線路故障解析 288

8.3.1 直流輸電線路短路故障 288

8.3.2 直流輸電線路端部外側(cè)短路故障 293

8.3.3 非故障雷繞擊直流輸電線路擾動(dòng) 296

8.4 直流輸電線路保護(hù)整定方法 299

8.4.1 直流輸電線路保護(hù)范圍與整定需求 299

8.4.2 直流輸電線路保護(hù)邊界確定 300

8.4.3 直流輸電線路行波保護(hù)整定方法 301

8.5 直流輸電線路保護(hù)雷擊誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 305

8.5.1 雷擊工況下的行波保護(hù)誤動(dòng)分析 306

8.5.2 行波保護(hù)雷擊誤動(dòng)概率模型 308

8.5.3 行波保護(hù)雷擊誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法 312

第9章 換流變涌流特性及其對(duì)直流50Hz保護(hù)的影響分析 315

9.1 引言 315

9.2 換流變涌流問題及其特殊性 316

9.2.1 換流變涌流問題 316

9.2.2 換流變勵(lì)磁涌流特殊性 322

9.2.3 換流變和應(yīng)涌流正序二次諧波特性 332

9.3 換流變涌流諧波沿直流輸電線路傳遞機(jī)理 341

9.3.1 基于直流輸電線路參數(shù)的50Hz諧波放大評(píng)估方法 341

9.3.2 運(yùn)行方式對(duì)50Hz分量傳遞特性影響 354

9.4 直流系統(tǒng)涌流諧波特性的影響因素 359

9.4.1 直流設(shè)備參數(shù) 359

9.4.2 涌流嚴(yán)重程度 361

9.4.3 直流輸送功率 362

9.4.4 直流系統(tǒng)運(yùn)行方式 363

9.4.5 交流系統(tǒng)強(qiáng)度 364

9.5 換流變涌流對(duì)直流50Hz保護(hù)影響的應(yīng)對(duì)策略 365

9.5.1 應(yīng)對(duì)策略概述 366

9.5.2 分相合閘控制策略優(yōu)化 367

9.5.3 基于波形識(shí)別的直流50Hz閉鎖策略 372

參考文獻(xiàn) 3842100433B

《直流輸電系統(tǒng)故障暫態(tài)和繼電保護(hù)動(dòng)態(tài)行為》借鑒交流電網(wǎng)故障分析及繼電保護(hù)方面成熟的理論與技術(shù)體系，將直流系統(tǒng)故障分析和繼電保護(hù)技術(shù)納入電力系統(tǒng)故障分析與繼電保護(hù)的統(tǒng)一大框架中，從直流故障過程、故障分析方法、故障動(dòng)態(tài)對(duì)保護(hù)動(dòng)態(tài)行為的影響與制約因素，各保護(hù)之間及保護(hù)與直流控制之間的協(xié)調(diào)配合等方面開展全方位、系統(tǒng)的論述和研究，填補(bǔ)國內(nèi)外在這一領(lǐng)域的空白。

輕型高壓直流輸電是ABB公司發(fā)展的一項(xiàng)全新的輸電技術(shù)，尤其適用于小型的發(fā)電和輸電應(yīng)用，它將高壓直流輸電的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦.該系統(tǒng)由放在兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸電終端上的終端換流站及它們之間的聯(lián)接組成。雖然傳統(tǒng)的直流架空線可以作為聯(lián)接，但如果我們應(yīng)用地下電纜來聯(lián)接兩個(gè)變電站，整個(gè)系統(tǒng)將能最多地獲益。在很多場合，評(píng)估下來的電纜成本低于架空線的成本，而且在一個(gè)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)中，使用電纜所需的環(huán)境等方面的許可還更容易獲得。比起交流輸電和本地發(fā)電，輕型高壓直流輸電系統(tǒng)不僅具有成本優(yōu)勢(shì)，它對(duì)提高交流電網(wǎng)供電品質(zhì)也提供了新的可能.自1997年提出輕型高壓直流輸電，數(shù)個(gè)輸電線路已投入商業(yè)運(yùn)營，其中最高容量已達(dá)330MW。更多的正在建設(shè)中。