多端柔直电网死区故障加速切除及自适应重合闸策略研究

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多端柔性直流电网因兼具柔性直流输电及多端系统的优势,已成为解决大规模新能源集中外送以及大系统互联等多种问题的重要途径。然而,多端柔直电网中故障电流上升速度极快,对保护原理可靠性、灵敏性与速动性提出了更高的需求。考虑到速动性问题,工程中线路主保护大多基于单端量实现,但单端量保护无法保证对线路全长上的故障灵敏性一致,因此在线路远端发生故障时本侧保护可能拒动,影响系统稳定性。同时,随着输电容量的进一步提升,架空线路已代替直流电缆成为多端柔直电网主要输电形式,但架空线故障多为单极(单相)、瞬时性故障,若在直流系统中采用重合闸策略将可极大提升系统运行连续性。然而,多端柔直电网中现有的重合闸策略存在缺乏选择性、易重合于永久性故障、无法识别线路两端故障性质的问题。综上,如何提升多端柔直电网线路保护在区内远端的动作性能,兼顾保护范围及速动性要求;如何保证在线路全长范围可靠识别故障性质后有选择性重合,是目前亟需解决的问题。因此,针对上述问题,本文开展了如下研究:首先,分析了张北四端柔直电网的结构及参数,并在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔直电网模型;根据传统直流线路主保护的判据构造,解析地分析了故障位置及过渡电阻对传统直流线路主保护的影响,厘清了传统直流线路主保护在区内远端抗过渡电阻能力低、甚至存在死区的原因,最后结合限流电抗器不同的布置方式,仿真验证了理论分析的正确性。其次,在深入分析故障产生的一次波过程与直流断路器动作催生的二次波过程特征的基础上,利用两次波过程首波头的时域差异性构造一种时间差判据;利用二次波过程在区内/区外故障工况下的频域差异构造一种振荡波识别判据。两判据保护范围互相补充,可保证死区故障加速跳开,形成了一种类似交流电网的相继速动综合判据,并通过PSCAD/EMTDC验证了所提相继速动综合判据的灵敏性、速动性等性能。最终,分析了瞬时性、永久性故障下对侧线模电流行波的故障特点,进一步基于贝瑞隆模型计算了对侧保护线模电流行波推演值,并利用Hausdorff距离算法量化分析了线模电流推演值与真实值波形相似度差异,形成了基于波形相似度特征的多端柔直电网自适应重合闸方案,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提重合闸方案的性能及适用长度范围。
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