基于故障特性的多端柔性直流电网保护策略研究
随着新能源消纳需求量不断增加和电力电子技术的不断发展，多端柔性直流输电已成为当下世界能源互联网的重要成员。在新能源接入、非同步电网互联、偏远地区供电等电力领域，多端柔性直流电网正具备良好的发展势头。目前影响柔性直流输电系统发展的关键技术包括直流线路故障的识别定位和快速切除。在此背景下，论文针对四端柔性直流输电系统，从直流线路故障特性分析、线路继电保护原理以及故障限流与隔离措施等方面进行深入研究。本论文的主要工作与取得的成果如下所述： (1)在认识多端柔性直流输电系统结构及工作原理的基础上，论文中分别对基于典型的两电平电压源换流器和模块化多电平换流器的柔性直流电网开展研究，并对两类系统直流侧的故障暂态特征进行阶段性分析。通过对输电线路在短路故障下的故障过程进行等效，提出系统两极故障发生后短路电流的数学分析方法，并完成对于远输电距离、大输送容量的直流输电系统中短路电流近似表达式的推导。 (2)提取、分析直流线路区内、外的故障特征，并据此提出一种以暂态电压幅值比为判据的故障选极方法。传统的输电线路故障检测需依靠线路通信手段，无法保证保护的快速性和可靠性，有可能导致器件损坏。基于该问题，论文中介绍一种基于输电线路单端暂态量进行故障识别的保护原理。方案利用故障初期的电流上升速率推算得到线路电感，与整定值进行比较后确定故障的发生，为距离保护计算故障点位置打下基础，并利用单端量行波特征判别故障线路，实现故障测距。借助PSCAD/EMTDC平台搭建四端柔性直流系统，完成直流故障仿真校验。仿真结果证明这种新型保护原理行之有效。 (3)针对现有的直流输电线路故障隔离方案，进行对比分析，提出一种将感性限流装置与高压直流断路器配合使用的新方案。论文详细介绍装置的结构组成和限流机理，推导其主要参数的取值方案，并在PSCAD/EMTDC平台中搭建四端柔性直流电网模型，完成故障仿真。仿真结果表明，相较于传统断路器，该直流断路器拓扑在系统出现故障时可以有效限制故障电流上升速度和电流最大值，将故障点迅速隔离，能较好地实现抑制故障电流发展的目的。
多端柔性直流电网;多电平换流器;直流断路器;双极短路;故障限流
兰州交通大学
硕士
电力系统及其自动化
王思华
2021
中文
TM77
2021-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）