直流输电系统故障

直流输电(HVDC)是近年来发展起来的一项新的输电技术,主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、海底电缆或大城市地下电缆送电。

若系统发生故障,将使生产停顿以致发生混乱,所以故障诊断是超高压直流输电技术的核心,也是实施系统保由于整流站的控制参数的不合理导致快速控制造成次同步频率范围内的负阻尼所造成的[5-7],这些研究都是针对系统在小扰动下对机电扭振互作用进行分析,而对于直流输电系统故障对于发电机组轴系扭矩的影响,即由于直流系统故障所高压直流输电(HVDC)是一种新型输电技术,为更有效地诊断HVDC系统故障,本文首先对系统几种常见故障进行仿真研究,在此基础上提出将支持向量机(SVM)用于系统故障分类,并对不同参数下的SVM模型性能进行比较。2100433B

序一

序二

前言

第1章 绪论 1

1.1 直流输电系统组成 2

1.1.1 直流输电系统一次结构 2

1.1.2 直流输电系统的二次控制保护 3

1.2 直流输电系统正常运行特性 5

1.2.1 接入约束 5

1.2.2 稳定约束 6

1.2.3 谐波约束 7

1.2.4 运行方式 8

1.2.5 直流偏磁 10

1.3 直流输电系统故障动态特点 12

1.3.1 控制特性强约束 12

1.3.2 阀动态切换 13

1.3.3 交直流系统相互作用 13

1.3.4 长直流输电线路 15

1.4 本书内容结构 15

第2章 直流系统换流器故障暂态过程分析 17

2.1 引言 17

2.2 换流器的换相暂态过程 17

2.2.1 换流器正常换相暂态过程 17

2.2.2 交流电网故障时换流器换相暂态过程 20

2.2.3 换流器换相失败暂态过程 28

2.3 交流故障特征经换流器侵入的暂态过程 30

2.4 换流器区的故障类型 33

2.4.1 换流器阀短路故障 34

2.4.2 换流器直流侧出口短路故障 37

2.4.3 换流器直流侧对地短路故障 41

2.4.4 换流器交流侧相间短路故障 42

2.4.5 换流器交流侧相对地短路故障 44

2.5 换流器对交流故障响应的暂态过程 48

2.5.1 系统不对称时换流器状态切换模型 48

2.5.2 换流器交流连接线故障暂态过程分析 49

第3章 直流系统故障特性的换流器效应对换流器保护的影响分析 55

3.1 引言 55

3.2 换流器保护与换流变保护的边界问题 55

3.3 换流器差动保护动作结果的离散性 57

3.3.1 换流器差动保护对不同类型故障响应的不确定性 58

3.3.2 换流器差动保护特征量动态特性影响因素 60

3.3.3 换流器差动保护特征量动态特性分析 62

3.4 基频保护动作结果及响应时间离散性分析 81

3.4.1 50Hz和100Hz分量的产生机理 81

3.4.2 交流故障下基频保护特征量动态特性分析 83

3.5 低电压保护动作结果及响应时间离散性分析 88

第4章 逆变侧交流故障引发直流换相失败的暂态过程与评估 94

4.1 引言 94

4.2 逆变侧交流故障引发换相失败的暂态过程分析 94

4.2.1 逆变侧交流故障下的换流母线电压 94

4.2.2 逆变母线电压畸变引发换相失败的暂态过程 97

4.3 逆变侧交流故障引发换相失败的影响因素 102

4.3.1 系统运行方式 102

4.3.2 故障时刻 104

4.3.3 故障位置 106

4.3.4 故障类型 107

4.3.5 过渡电阻 108

4.4 考虑时空离散性的换相失败评估方法 109

4.4.1 同时计及电压幅值和相位变化的熄弧角判据 109

4.4.2 基于短路计算程序的换相失败评估方法 111

4.4.3 换相失败评估方法的校验 112

第5章 直流系统故障及扰动对交流继电保护的影响分析 121

5.1 引言 121

5.2 直流系统运行工况对交流继电保护的影响 122

5.2.1 慢速变化工况 122

5.2.2 快速变化工况 124

5.2.3 直流系统运行工况对交流继电保护影响评价 125

5.3 直流系统换相失败引起的交流系统故障特征变异 127

5.3.1 故障特征变异的概念 127

5.3.2 基于“竞争”的故障特性变异机理分析 128

5.3.3 “竞争”的基本分析方法 129

5.3.4 交直流系统电气竞争范围分析 129

5.3.5 交流系统故障特征变异对继电保护的影响途径 130

5.4 故障特征变异下交流继电保护动态行为 131

5.4.1 变化量方向元件 131

5.4.2 零序元件 138

5.4.3 负序元件 140

5.4.4 距离元件 144

5.4.5 差动元件 149

5.5 故障特征变异引起暂态功率倒向问题分析 151

5.5.1 暂态快速功率倒向机理 151

5.5.2 暂态快速功率倒向发生的电气条件 152

5.5.3 暂态快速功率倒向发生的时序条件 154

5.5.4 多直流馈入系统的特殊性 155

5.5.5 暂态功率倒向影响保护动作的因素分析 157

5.6 直流系统对交流继电保护的其他影响分析 158

5.6.1 直流偏磁与谐波问题 158

5.6.2 电气量快速变化问题 161

第6章 直流输电线路故障暂态过程分析 165

6.1 引言 165

6.2 直流输电线路故障概述 166

6.2.1 直流输电线路故障分类 166

6.2.2 直流输电线路的故障阶段 173

6.3 直流输电线路故障行波过程分析 175

6.3.1 直流输电线路数学模型 175

6.3.2 故障行波在直流输电线路不连续边界的折反射规律 179

6.3.3 故障行波在直流输电线路中的传递过程 183

6.3.4 直流输电线路故障行波传播特性 186

6.4 直流控制对直流输电线路故障的影响 190

6.4.1 直流系统控制功能简介 190

6.4.2 极层控制的影响作用 191

6.4.3 换流器层控制的影响作用 192

第7章 直流输电线路继电保护动态行为分析 197

7.1 引言 197

7.2 直流输电线路继电保护及其特征量 197

7.2.1 直流输电线路继电保护概述 197

7.2.2 直流输电线路继电保护的特征量 198

7.3 直流输电线路保护特征量的动态响应特性及影响因素 199

7.3.1 电压变化率du/dt的动态特性及其影响因素 200

7.3.2 电压变化量ΔU的动态特性及其影响因素 204

7.3.3 电流变化量ΔI的动态特性及其影响因素 205

7.3.4 线路低电压水平|Udl|的动态特性及其影响因素 206

7.3.5 差电流|Idl—Idl_os|的动态特性及其影响因素 210

7.4 直流输电线路继电保护的动态行为 212

7.4.1 行波保护 213

7.4.2 微分欠压保护 221

7.4.3 直流输电线路差动保护 225

7.5 直流输电线路继电保护优化策略 230

7.5.1 特征量ΔI的处理方式的优化 230

7.5.2 行波保护电压判据的优化 237

7.5.3 基于高频采样的直流输电线路行波保护优化 241

7.6 直流输电线路继电保护新原理 245

7.6.1 检测电流首峰值时间的直流输电线路继电保护新原理 245

7.6.2 基于宽频信息的直流输电线路故障测距研究 255

第8章 直流输电线路解析方法及应用 265

8.1 引言 265

8.2 直流输电线路故障分析模型 266

8.2.1 贝吉龙法概述 266

8.2.2 单极直流输电线路故障分析模型 267

8.2.3 双极直流输电线路故障分析模型 273

8.2.4 雷击直流输电线路暂态分析模型 279

8.2.5 直流控制和行波色散等值模型 285

8.3 直流输电线路故障解析 288

8.3.1 直流输电线路短路故障 288

8.3.2 直流输电线路端部外侧短路故障 293

8.3.3 非故障雷绕击直流输电线路扰动 296

8.4 直流输电线路保护整定方法 299

8.4.1 直流输电线路保护范围与整定需求 299

8.4.2 直流输电线路保护边界确定 300

8.4.3 直流输电线路行波保护整定方法 301

8.5 直流输电线路保护雷击误动风险评估 305

8.5.1 雷击工况下的行波保护误动分析 306

8.5.2 行波保护雷击误动概率模型 308

8.5.3 行波保护雷击误动风险评估方法 312

第9章 换流变涌流特性及其对直流50Hz保护的影响分析 315

9.1 引言 315

9.2 换流变涌流问题及其特殊性 316

9.2.1 换流变涌流问题 316

9.2.2 换流变励磁涌流特殊性 322

9.2.3 换流变和应涌流正序二次谐波特性 332

9.3 换流变涌流谐波沿直流输电线路传递机理 341

9.3.1 基于直流输电线路参数的50Hz谐波放大评估方法 341

9.3.2 运行方式对50Hz分量传递特性影响 354

9.4 直流系统涌流谐波特性的影响因素 359

9.4.1 直流设备参数 359

9.4.2 涌流严重程度 361

9.4.3 直流输送功率 362

9.4.4 直流系统运行方式 363

9.4.5 交流系统强度 364

9.5 换流变涌流对直流50Hz保护影响的应对策略 365

9.5.1 应对策略概述 366

9.5.2 分相合闸控制策略优化 367

9.5.3 基于波形识别的直流50Hz闭锁策略 372

参考文献 3842100433B

《直流输电系统故障暂态和继电保护动态行为》借鉴交流电网故障分析及继电保护方面成熟的理论与技术体系，将直流系统故障分析和继电保护技术纳入电力系统故障分析与继电保护的统一大框架中，从直流故障过程、故障分析方法、故障动态对保护动态行为的影响与制约因素，各保护之间及保护与直流控制之间的协调配合等方面开展全方位、系统的论述和研究，填补国内外在这一领域的空白。

轻型高压直流输电是ABB公司发展的一项全新的输电技术，尤其适用于小型的发电和输电应用，它将高压直流输电的经济应用功率范围降低到几十兆瓦.该系统由放在两个或两个以上的输电终端上的终端换流站及它们之间的联接组成。虽然传统的直流架空线可以作为联接，但如果我们应用地下电缆来联接两个变电站，整个系统将能最多地获益。在很多场合，评估下来的电缆成本低于架空线的成本，而且在一个轻型高压直流输电系统中，使用电缆所需的环境等方面的许可还更容易获得。比起交流输电和本地发电，轻型高压直流输电系统不仅具有成本优势，它对提高交流电网供电品质也提供了新的可能.自1997年提出轻型高压直流输电，数个输电线路已投入商业运营，其中最高容量已达330MW。更多的正在建设中。