多端直流输电网络的保护方案与故障定位研究

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1、国内图书分类号：TM773密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文多端直流输电网络的保护方案与故障定位研究年级二Ｏ一五级姓名郝勇奇申请学位级别工学硕士专业电气工程指导教师王倩教授二零一八年四月ClassifiedIndex:TM773U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONFAULTLOCATIONANDPROTECTIONSCHEMEOFMULTITERMINALHVDCTRANSMISSIONNETWORKGrade:2015Candidate:Yongqi

2、HaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.QianWangApril.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要由于可再生能源技术的发展，不同的能源资源不断地整合到电力系统中。为解决其电能传输的问题，现有的端对端直流输电系统也扩展到了多端直流输电系统。因此，快速准确地动作断路器实现故障区域的切除隔离是十分必要的。多端直流网络是由多个换流站及不同的网络拓扑线路相连构成，在未来的电网发展中将发挥重要的作用。特别是近几年混合式直流断路器的出现及发展更是增

3、强了直流电网的稳定性，奠定了多端直流输电系统发展的基础。但当多端直流输电系统存在缺陷检查停电或发生故障时，其影响区域也随之增大。因此仍需要可靠、敏感并具有选择性的保护算法来识别检测故障，同时也需要准确的故障定位方案，快速准确地动作断路器实现故障区域的切除隔离，确保直流输电网的稳定运行。论文以端对端VSC-HVDC故障定位方案研究为基础拓延至三端星型VSC-MTDC系统的分析，主要工作如下：（1）提出一种基于双端测量结合LMD(局域均值分解)与TEO(Teager能量算子)的故障定位方案并利用Morlet小波时频剖析了VSC-HVDC的边界特性，通过PF(乘积函数)分量能量比

4、值构造了故障区域的识别判据；利用故障极线路与非故障极线路中高频电流分量的差异构造了选极判据。提出了基于单端测量智能算法的故障定位方案，该方法充分利用频率、时间和能量，通过希尔伯特黄变换捕捉故障时特征输入量；利用时延、特征频率、能量衰减和高频能量作为SVR(支持向量回归)的输入从而得到故障距离；通过交叉验证优化模型参数，并将BA(蝙蝠算法)与其他优化算法进行对比分析；并利用HVCR(高频方差贡献率)来确定故障区域，通过PSCAD平台搭建模型验证。（2）提出了传递熵构造的无限流电抗器星型VSC-MTDC保护方案，通过分析不含限流电抗器的双极直流输电线路耦合模型，利用传递熵来识别

5、线路故障并由零模电流来进行故障选极。为解决星型拓扑故障线路识别的难题，应用时域信号指标峭度因子配置提出的保护方案。（3）考虑含限流电抗器星型VSC-MTDC，利用线路上两极的电压传递熵构造保护启动判据。通过分析不同故障位置下不同断路器处母线与线路电压传递熵西南交通大学硕士研究生学位论文第II页差异，分别提出了针对换流站侧断路器与中央母线侧断路器的动作保护流程。利用PSCAD平台搭建三端直流输电系统验证了传递熵构造的保护方案的有效性和鲁棒性。（4）针对单一介质支路和三段式多端直流混合输电线路进行了故障时域分析。为消除行波波速变动对故障精度造成的影响，将行波时域定位与固有频率结

6、合构建了星型三端直流输电系统混合输电线路故障定位方案。该方案利用VMD与Teager能量算子提取波头到达时间与固有频率，同时利用固有频率识别不同拓扑下的故障区域。并用Schavemaker电弧模型对弧光高阻故障影响进行了稳定性分析。关键词：多端直流输电系统；保护方案；故障定位；星型拓扑；传递熵西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractAsaresultofthedevelopmentofrenewableenergytechnology,differentresourcesarecontinuouslyintegratedintothepowersystem.

7、Inordertosolvetheproblemofpowertransmission,theexistingend-to-endDCtransmissionsystemisalsoextendedtothemultiterminalHVDCsystem.Therefore,itisnecessarytomovethecircuitbreakerquicklyandaccuratelytorealizetheexcisionandisolationofthefaultarea.ThemultiterminalDCn