混合多端直流系统故障特征与保护原理研究

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1、混合多端直流系统故障特征与保护原理研究StudyonfaultcharacteristicsandprotectionprincipleofhybridMTDCsystem学科专业：电气工程作者姓名：邱宏指导教师：李斌教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要我国一次能源分布不均，并且随着传统能源的日益枯竭，世界各国对新能源的需求日益增加。混合多端直流系统结合了常规直流输电技术与柔性直流输电技术，对于解决我国电能输送、新能源接收与消纳等问题具有显著的优势。本文针对混合多端直流系统，在其拓扑结构与运行控制的基础上，研究了其故障特性与保护新原理。本文分析介绍了混合多端

2、直流系统中常规直流换流站与柔性直流换流站基本构成与运行控制原理，在此基础上针对混合多端直流系统直流侧可能发生的阀短路故障、换流器出口短路故障与直流线路故障，研究了不同换流站的故障特性，为后文保护原理的设计提供理论基础。由于电网换相换流器采用半控器件构成的特殊换流电路，导致其现有过流保护存在保护越区误动的问题。在分析总结常规直流换流站不同保护分区的故障特征的基础上，本文提出一种在检测故障过流的同时判断过流相数的保护方案，从而保证换流器过流保护的选择性。电压源型换流器直流侧故障时快速过流的故障特征对保护速动性提出了很高要求。本文利用两电平式电压源型换流器故障第一阶段的信息，提出了一

3、种采用相关系数来快速判断故障方向的判据，并进一步设计了直流线路方向纵联保护方案。其中相关系数由柯西不等式推导得到，能够有效表征信号间的相关性与符号特性。实际工程中，线路参数沿线均匀分布，并且具有频变特性。本文考虑了具有分布特性的两种线路模型：贝瑞隆模型与依频模型。贝瑞隆模型将线路参数作为常系数处理，在保证一定计算精度情况下简化了算法。依频模型考虑到线路参数的频变特性，计算复杂，本文介绍了一种有效处理参数频变特性的方法——Martin算法。本文进一步在贝瑞隆模型基础上并考虑到线路参数的频变特性，提出了一种新型差动保护方法与故障选极方案，该差动保护在保证计算精度的前提下能够显著减少

4、保护动作时延。关键词：混合多端直流系统，故障特性，过流保护，方向保护，贝瑞隆模型，依频模型，差动保护IABSTRACTThedistributionofprimaryenergyinChinaisuneven,andwiththedepletionoftraditionalenergy,thedemandfornewenergyisincreasingdaybydayintheworld.Thehybridmulti-terminalDC(MTDC)systemwhichcombinestheconventionalDCtransmissiontechnologyandthef

5、lexibleDCtransmissiontechnologyhassignificantadvantagesforsolvingtheproblemsofpowertransmission,receptionandconsumptionofnewenergyinChina.BasedonthetopologyandoperationcontrolofhybridMTDCsystem,thefaultcharacteristicsandthenewprotectionprinciplearestudied.Inthispaper,thebasicconstitutionando

6、perationcontrolprincipleofconventionalDCconverterstationandflexibleDCconverterstationinhybridMTDCsystemareintroduced.Aimingatthepossibleshort-circuitofvalve,inverterexportlinefaultandDClinefaultontheDCsideofhybridMTDC,thefaultcharacteristicsofdifferentconverterstationsarestudied,whichprovide

7、sthetheoreticalbasisforthedesignofthefollowingprotectionprinciple.Duetothespecialcommutationcircuitcomposedofhalfcontrolleddevices,theexistingovercurrentprotectionofthelinecommutatedconverter（LCC）hastheproblemofmisoperationcrossingprotectionzone.On