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高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电因为它本身具有传送电能的容量大、输电线路走廊占地面积小、控制系统性能优越等特点,成为远距离大容量输电、城市电网扩容、异步电网互联、孤岛联网和新能源发电入网的重要手段,在现代电力系统中占据越来越重要的地位。因此,高压直流输电系统的安全稳定运行,对整个电网运行可靠性至关重要。直流输电线路距离长,穿越各种气候环境,运行条件恶劣,故障率相对其他直流部分更高,约占直流系统故障的50%,且线路故障中瞬时性故障约占90%。因此,高性能的高压直流输电线路保护对提高直流系统及与其互联的交流系统的安全可靠运行水平具有决定性作用。平波电抗器和直流滤波器是直流输电系统的滤波环节,构成了直流输电系统的物理边界。理论上,由于12脉动换流器在其直流侧只产生12倍次的谐波电压,故设置边界元件的参数应匹配这些谐波,以滤除谐波得到更加理想的直流波形。因此,直流线路外侧故障时,600赫兹、1200赫兹和1800赫兹分量经边界元件传递至直流线路保护安装处的能量很小;而直流线路故障时,由于信号未经边界元件过滤,保护安装处检测到的600赫兹、1200赫兹和1800赫兹分量较大。边界原理保护正是依据保护安装处检测到的这些频率分量的不同区分区内外故障的。本文研究了一种基于广义S变换的高压直流输电线边界保护的新原理。首先分析探究了S变换和广义S变换的原理及其特性。在此基础上,利用广义S变换能够根据具体信号和所需提取频率自由改变高斯窗函数形状来获得最优时频分辨率以及通过一次计算可以得到各个时间点的不同频率分量的特点,提取到不同时刻的12/24/36次特征谐波。之后,分析了高压直流输电系统正常运行以及线路外部故障情况下,换流器直流侧出口可能出现的特征谐波最大值,为保护的整定计算奠定了理论基础。论文提出了一种适应于高压直流输电线路的基于电压特征谐波的边界保护新原理,给出了保护的动作判据和整定计算原则,设计了保护的动作方案,最后进行了仿真验证。理论分析和仿真结果表明,所提出的保护方案能够正确区分区内外故障、准确实现故障选极,能保护线路全长,适合作为高压直流输电线路的后备保护。