流输电仿真本章小结高压直流输电线路故障行波分析与保护方案设计天广直流输电线的行波保护判据算法分析高压直流输电线路行波基本概念及其模量高压直流输电线路极波特性及其影响因素基于线模极波的单端行波保护方案设计基于地模极波的单端行波保护方案设计本章小结基于小波分析的单端行波保护方案小波分析简介小波分析的原理基于小波分析的单端行波方向保护的方案设计仿真验证保护方案的性能分析本章小结结论与展望论文总结论文展望参考文献万方数据三峡大学硕士学位论文引言随着国家“西电东送南北互供全国联网”战略方针的实施，高压直流远距离输电成为电力建设的热点，加快建设以百万伏级交流级直流系统特高压电网为核心的坚强电力网架已成为趋势。由于行波保护具有原理简单包含丰富的故障信息动作速度极快，通常能在几个毫秒的时间内完成判断，并且行波能在直流线路中速可靠地诊断出故障，能针对信号的不同频率采取不同的采样间隔，可以突出信号的任何细节。故障类万方数据三峡大学硕士学位论文型不同，产生的行波也不同，小波变换可以很好的分析行波的差异。本文最后介绍了小波分析，以及小波分析的原理，提出了第三种保护方案基于小波分析的单端行波保护方案，设计出了具体的判断算法。再通过仿真实验验证了此保护方案的原理正确，通过仿真实验得出结论保护方案的速动性好，耐过渡电阻能力强，能可靠保护线路末端的高阻接地故障，是种优良的保护方案，比上前两种保护方案性能更优越。万方数据三峡大学硕士学位论文高压直流输电系统建模与仿真准确的高压直流输电系统模型是研究高压直流输电线路行波保护的前提，本章在研究高压直流输电系统运行原理与控制方式的基础上建立基于的双极脉波高压直流输电系统模型，并对高压直流输电系统各种运行情况进行了仿真。高压直流输系统次侧建模系统结构高压直流输电的供电端通过整流换流站将交流电变换成直流电，然后再经过远距离输电线路将电能输送到受电端的逆变站将直流电变换为交流电供给负荷中心，高压直流输电系统的结构如图所示，主要包括换流变压器交流滤波器换流站平波电抗器直流滤波器直流输电线路逆变站以及两端的交流系统等部分，两个脉波变流器串联形成个脉波换流器，下文将详细分析以上各部分的功能，并参考标准测试系统和天生桥到广州的高压直流输电系统工程的参数建立模型。滤波器无功补偿装置滤波器无功补偿装置直流滤波器直流滤波器接地极直流线路直流线路直流滤波器直流滤波器滤波器无功补偿装置滤波器无功补偿装置接地极平波电抗器极脉波整流器极二脉波整流器整流侧变压器整流侧变压器平波电抗器平波电抗器平波电抗器极脉波整流器极二脉波整流器整流侧变压器整流侧变压器交流系统交流系统图高压直流输电系统结构图换流变压器换流变压器是连接交流系统与直流系统的重要设备，它的主要功能有两点实现交直流系统的之间的电气隔离为换流器提供相位差为度的换相电流此万方数据三峡大学硕士学位论文外，与普通变压器相比，换流变压器的短路阻抗较大，以限制过大的短路电流而损坏换流阀。本文所用的换流变压器参数如表所示。表换流变压器参数整流侧换流变压器逆变侧换流变压器接线方式额定容量额定电压短路阻抗换流变压器采用三相交流双绕组变压器，系统两端的两台变压器阀侧接线台为三角形接线另台为星形接线，这样便可以为换流站提供相差为度的脉波的换相电流。换流站本文所建立了脉波换流站模型由两个三相单桥式变流器直流侧串联而成，总共包括组换流阀，在工作过程中按交流换相电流度的相差轮流导通，输出电压就是两个单桥式脉动输出直流电压叠加。图为中建立的脉动换流站模型。其中，和分别为换流站的闭锁解锁输入指令和导通角输入，和分别为三相换流桥导通角测量数据输出和关断角测量数据输出。万方数据三峡大学硕士学位论文图基于换流站模型图交直流滤波器与平波电抗器由于有变流器等谐波源的存在，高压直流输电系统的交直流侧均含有较多的谐波，根据文献，换流器产生的谐波频率与换流器的脉波数有关，特征谐波次数与脉波数的关系是直流侧特征谐波次数是次，交流侧特征谐波的次数是，其中为正整数。在脉波的高压直流输电系统中交流侧主要含有次谐振波和次谐波，直流侧主要含有次谐波次谐波和次谐波。因此有必要装设滤波器将抑制谐波的影响，以提高系统运行的可靠性和电能质量。交流滤波器与无功补偿整流侧交流场滤波器无功容量为，交流滤波器和电容器容量均为，共设置组，包括组和组型双调谐以及组型单调谐和组型单调谐。逆变侧容性无功补偿器容量为，包括组组组以及组，各交流滤波器的参数和模型分别如表和图所示。表交流滤波器参数参数滤波器型号图交流滤波器模型图直流滤波器与平波电抗器直流滤波器不能像交流滤波器那样作为无功补偿装置向系统提供无功，它的作用万方数据三峡大学硕士学位论文仅限于抑制无功，本文在两端都设置有个的直流滤波器，以抑制次和次谐波。的模型如图所示，其中为，和分别为和，和分别为和。图直流滤波器模型此外，在直流线路的两端均设置大小为的平波电抗器。高压直流输电线路高压直流输电线路模型采用频变参数相位模型。该模型中的特征阻抗和传播函数直接在相域内拟合来反映线路参数的频变特性，能够描述高压直流频带较宽的暂态行波以及在对称和不对称输电线路中的电气特性。输电线路模型如图所示，直流输电线路全长公里，采用四分裂导线，分裂间距为，线路间距，对地高度为，直流电阻取，其也参数如图所示。图直流输电线路模型万方数据三峡大学硕士学位论文两端交流系统本文所建模型整流侧和逆变侧交流系统参数如表所示。根据参数建立的整流侧和逆变侧交流系统模型如图所示。表交流系统参数参数整流侧逆变侧额定电压额定频率短路容量等值阻抗等效阻抗角图交流系统模型整流侧逆变侧万方数据三峡大学硕士学位论文高压直流输电控制系统高压直流输电系统控制原则高压直流输电控制主要是指控制系统根据运行人员设定的给定值与系统的运行工况来控制换流器中晶闸管的导通角和关断角，以此来控制输电电流和电压的大小，保持系统的稳定运行状态。高压直流输电系统般采用分层控制原则，分层控制结构如图所示，主要包括系统控制层站控层极控层换流器控制层以及阀控层，采用这种分层控制原则能够使系统根据实际运行情况灵活控制系统的运行方式，例如，当系统发生单极故障时，系统控制层够发出指令将故障极终止运行，非故障极继续运行，减小故障对系统的影响。系统控制层整流侧换流站控制双极控制层极控制层极控制层换流器控制层换流器控制层阀控制层阀控制层双极控制层极控制层极控制层换流器控制层换流器控制层阀控制层阀控制层逆变侧换流站控制层图高压直流输电系统分层控制结构高压直流输电系统换流器控制换流器控制主要是通过控制换流阀的触发角来控制输出的电压和电流，换流器的控制如图所示，主要包括低压限流控制电压控制过电压控制以及最大触发角控制，在中建立的控制模型如图所示。万方数据三峡大学硕士学位论文低压限流电压控制器过电压限制最大触发角控制电流控制放大器限制电流控制放大器电流指令实测电压电压参考值电流限制值实测电压电流裕度电流裕度电流限制值实测电压上限下限命令图高压直流输电系统控制原理图图基于的变流器控制图高压直流输电仿真本文所建的高压直流输电额定电压，额定电流，额定功率，线路全长，本节主要对高压直流输电系统的各运行方式包括双极运行正极单极大地回路运行和负极单极大地回路运行的情况进行仿真。仿真时长，仿真步长，仿真结果如下。在双极运行时，高压直流输电系统的整流侧和逆变侧的电压和电流波形如图所示，由图可知，系统两侧的电压和电流经过短时的振荡之后维持稳定，电压万方数据三峡大学硕士学位论文稳定在，电流维持在左右，符合预定要求，说明本文所建的高压直流输电系统稳态时能够稳定运行。逆变侧电压整流侧电压万方数据三峡大学硕士学位论文整流侧电流逆变侧电流图双极稳态运行时直流电压和电流波形系统两侧电压波形图系统两侧电流波形图正极单极大地回路运行高压直流输电系统正极大地回路运行时，直流线路的电压和电流波形如图所示。由图可知，高压直流输电系统正极单极大地回路运行时，直流输电线路的电压和电流均稳定在额定值附近，与实际运行情况相符。万方数据分类号密级公开硕士学位论文高压直流输电线路行波保护方案改进学位申请人伏少华学科专业电力系统及其自动化指导教师江全才高级工程师二四年五月万方数据，万方数据三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名日期万方数据三峡大学硕士学位论文内容摘要近年来我国正大力发展特高压远距离输电以及全国联网的建设，高压直流输电工程也将发挥着越来越重要的作用。由于高压直流输电线路十分长，所跨越的地区地理及气候等因素复杂，因此发生故障的概率比较大。高压直流输电传输功率很大，旦发生故障，所产生的故障突变电流将对系统造成很大的冲击。因此，对高压直流输电线路的保护有较高要求。然而目前所投运的高压直流行波保护皆存在耐过渡电阻能力不足，抗干扰能力差等缺陷，在实际运行中也出现过保护失效的事故，因此寻找新的保护原理与改进方案就显得非常必要与迫切。本文参考天广高压直流输电系统，运用电磁暂态仿真软件搭建了高压直流输电系统模型。其后详细分析天广直流输电行波保护缺陷的根本原因，详细研究并总结了电气量的模型及行波在故障时的变化特征。根据这些特征共设计了三种保护方案，分析了三种保护方案各自的性能，并比较了三种保护方案的优劣。首先设计出了基于线模极波的单端行波保护方案，该方案具有高速动性，能够保护线路全长，抗干扰能力般，耐过渡电阻能力不够突出。然后设计了基于地模极波的单端行波保护方案，此方案具有很好的耐过渡电阻能力与较好的抗干扰能力，但对线路末端保护不足，速动性与前方案相比略差。两种方案可配合使用，增强保护性能。传统的行波保护是纯时域或纯频域的保护。小波变换具有良好的时频局部化功能。本文最后提出了第三种保护方案基于小波分析的单端行波保护方案，设计出了具体的判断算法。再通过仿真实验验证了该保护方案原理的正确性，该保护方案的速动性好，