特高壓直流輸電線路保護(hù)新原理研究

王宏韜

（國網(wǎng)嘉興供電公司,314000）

特高壓直流輸電線路保護(hù)新原理研究

王宏韜

（國網(wǎng)嘉興供電公司,314000）

本文重點(diǎn)研究特高壓直流輸電線路保護(hù)的相關(guān)問題，先介紹了特高壓直流輸電系統(tǒng)建模仿真的基本思路，再對(duì)特高壓直流輸電線路暫態(tài)能量保護(hù)策略進(jìn)行深入研究，希望能對(duì)相關(guān)人員工作有所幫助。

特高壓直流輸電；輸電線路保護(hù)；保護(hù)新原理

1 特高壓直流輸電系統(tǒng)建模研究

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，特高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)輸電線路、濾波器等都提出了諸多限制。因此在當(dāng)前工作中，需要構(gòu)建完整的特高壓直流輸電系統(tǒng)模型，并模擬輸電線路的實(shí)際情況，分析整個(gè)輸電線路運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)而為整個(gè)輸電系統(tǒng)保護(hù)提供幫助。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，特高壓直流輸電系統(tǒng)模型中的電流與電壓曲線基本是平穩(wěn)的，并且兩者之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系；而一旦出現(xiàn)故障后，整流側(cè)不對(duì)稱故障就會(huì)導(dǎo)致測試系統(tǒng)相應(yīng)的曲線發(fā)生明顯變化，電流、電壓的運(yùn)行曲線明顯浮動(dòng)；并且在故障發(fā)生后，直流電壓快速下降，此時(shí)依靠控制器快速反應(yīng)，就能調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行，將直流電壓控制到合理范圍內(nèi)。

一般在模型分析中，需要對(duì)輸電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的擾動(dòng)情況進(jìn)行仿真，模擬出現(xiàn)故障后的直流線路兩端電氣量變化。這種信息模擬技術(shù)能夠?yàn)樘馗邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)功能優(yōu)化提供必要的幫助，并且能真實(shí)還原系統(tǒng)控制參數(shù)變化情況，為未來輸電線路管理奠定基礎(chǔ)。以主電路拓?fù)錇槔?，圖1所顯示的是UMVDC傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在該體系中，其中的關(guān)鍵點(diǎn)包括整流換流站、直流傳輸線路等，并且在換流變壓器與12脈波換流橋之間，存在△/Y與Y/Y兩種配置。

2 特高壓直流輸電線路暫態(tài)能量保護(hù)方案研究

由于特高壓直流線路自身運(yùn)行具有特殊性，因此在確定其保護(hù)系統(tǒng)過程中，需要正確認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)與常規(guī)高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)之間的差別，了解系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性。

2.1 暫態(tài)能力保護(hù)的基本原理

圖1 特高壓系統(tǒng)輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)特高壓直流輸電系統(tǒng)一般以電壓與改變率探測直流線路接地故障。但在這種保護(hù)過程中，故障電阻會(huì)對(duì)保護(hù)產(chǎn)生影響。而隨著微電子技術(shù)發(fā)展，特高壓直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)方法得到完善，行波保護(hù)原理得到進(jìn)一步完善。最近一段時(shí)間內(nèi)，一種新的特高壓直流輸電線路保護(hù)方案得到推廣，得到人們的重視。

圖2顯示了一種典型的直流輸電系統(tǒng)保護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 他高壓直流線路輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在圖2中，M、N分別代表整流側(cè)與逆變側(cè)直流線路保護(hù)裝置的安放位置，與分別代表相應(yīng)側(cè)的電流；、代表對(duì)應(yīng)側(cè)的對(duì)地電壓。

按照?qǐng)D2的結(jié)構(gòu)，在該電流體系中，經(jīng)過傳輸線路任意一點(diǎn)的暫態(tài)能量的表示方法為：

2.2 特高壓直流輸電線路暫態(tài)能力保護(hù)策略研究

2.2.1 暫態(tài)能力保護(hù)方案研究

本文認(rèn)為，在確定特高壓直流輸電線路暫態(tài)能力保護(hù)整定值中，可以按照下列公式展開運(yùn)算：

在計(jì)算暫態(tài)能量保護(hù)算法過程中，可以按照下列流程展開計(jì)算：

輸入特高壓直流輸電線路數(shù)據(jù)→計(jì)算線路兩端暫態(tài)能量→計(jì)算暫態(tài)能量增量→根據(jù)計(jì)算結(jié)果，判斷是否存在直流線路故障問題。

2.2.2 仿真驗(yàn)證

假設(shè)逆變側(cè)交流系統(tǒng)三項(xiàng)金屬性接地對(duì)稱故障發(fā)生在0.5s，則輸電線路系統(tǒng)中的相應(yīng)曲線將會(huì)發(fā)生明顯的浮動(dòng)變化：直流線路上靠近整流側(cè)的直流電壓會(huì)不斷靠近整流側(cè)直流電壓，導(dǎo)致線路出現(xiàn)變化。

當(dāng)逆變側(cè)出現(xiàn)交流系統(tǒng)故障后，直流線路兩端電壓開始下降，并導(dǎo)致其兩端電流開始上升[3-4]。在這種情況下，電流控制器開始工作，試圖控制直流系統(tǒng)運(yùn)行。但在這個(gè)過程中，受交流系統(tǒng)擾動(dòng)因素的影響，直流電流快速增大，導(dǎo)致直流線路受到并聯(lián)電容影響，此時(shí)暫態(tài)過程中的兩端電流之間存在差值。

從上述分析可以判斷，在故障暫態(tài)過程中，特高壓直流系統(tǒng)直流線路兩端的暫態(tài)能量增量差值為正時(shí)，就可以依靠該特征快速識(shí)別系統(tǒng)故障問題。

2.2.3 仿真結(jié)果研究

受直流線路并聯(lián)電容的影響，在故障暫態(tài)過程中的直流線路兩端電流出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。同時(shí)，本文在充分研究直流線路等效串聯(lián)電感作用的影響，判斷在故障暫態(tài)過程總，直流線路兩端電壓的下降幅度存在差異。

因此判斷，特高壓直流輸電線路若存在故障暫態(tài)過程，則線路兩端暫態(tài)能力增量差值為正，相關(guān)人員就可以根據(jù)這一特點(diǎn)判斷直流系統(tǒng)的故障。

3 結(jié)論

總體而言，特高壓直流輸電線路保護(hù)的研究十分復(fù)雜，其中涉及到電力傳遞、設(shè)備運(yùn)行等多方面內(nèi)容。因此相關(guān)人員在研究特高壓直流輸電線路保護(hù)新原理中，需要重點(diǎn)關(guān)注線路系統(tǒng)的電流與電壓變化情況，根據(jù)具體的線路變化特征，快速的判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否存在問題，進(jìn)入制定出針對(duì)性的解決方案，為切實(shí)保證特高壓直流輸電線路平穩(wěn)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

王鋼，羅健斌，李海鋒，等.特高壓直流輸電線路暫態(tài)能量保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，01:28-31.

Study on new protection principle of UHV DC transmission line

Wang Hongtao
（State Grid Jiaxing power supply company,314000）

This article focuses on uhv dc transmission line protection related problems，first introduces the basic ideas of the uhv dc transmission system modeling and simulation，and the protection of uhv dc transmission line transient energy strategy for further study，hoping to be helpful to the related personnel work.

uhv dc transmission；Transmission line protection；To protect the new principle of