混合直流输电线路故障分析及继电保护研究

With the development of power electronics technology and widespread application of HVDC transmission technology, Hybrid- HVDC system has become a hot research topic. It can overcome the existing problems of LCC-HVDC and VSC-HVDC technology. At the same time, it can exert the respective advantages of LCC-HVDC and VSC-HVDC technology. In addition, it can reduce manufacturing costs, expand applications and avoid commutation failure. Due to the technological advantages of hybrid HVDC system, scholars at home and abroad have carried out part of research works, including the principle, the topology of the hybrid HVDC, equivalent modeling, converter control, system reliability evaluation and its application, etc. However, the fault characteristics and protection principle of Hybrid-HVDC transimission line have rarely been reported.Presently traveling wave protection is used as the main protection of single terminal protection principle of LCC-HVDC line. Derivative protection, low voltage protection and differential protection are used as the backup protection of LCC-HVDC line. Action reliability and sensitivity of protection need to be improved. Making full use of the different characteristics of topology structure of Hybrid-HVDC transmission system, developing quick-trip protection with combination of speed and reliability will effectively improve the operation level of Hybrid-HVDC transmission line and be also important to ensure safe and reliable operation of the Hybrid-HVDC transmission system.

随着电力电子技术发展和直流输电技术广泛应用，结合高压直流输电技术（LCC-HVDC）和柔性直流输电技术（VSC-HVDC）的混合直流输电已成为研究热点。二者的结合实现了取长补短，能够降低制造成本、扩展应用场合、避免换相失败。国内外学者已开展部分研究工作，主要针对混合直流输电的运行原理、拓扑结构、等效建模、换流器控制、可靠性评估等方面。但针对混合直流输电系统的故障特征及输电线路的保护原理鲜有报道。目前传统高压直流输电线路保护以行波保护作为主保护，以微分欠压保护、低电压保护、差动保护作为后备保护，动作的可靠性及灵敏度都有待提高。充分利用混合直流输电系统的拓扑结构特点，研究速动性与可靠性相结合的、理论完备的混合直流输电线路保护原理，对提升混合直流输电线路的运行水平，保证混合直流输电线路的安全可靠运行具有重要意义。

混合直流输电系统由于兼具传统直流输电与柔性直流输电的优势，已成为研究热点。但针对混合直流输电系统的故障特征及输电线路的保护原理鲜有报道。.目前传统高压直流输电线路保护以行波保护作为主保护，以微分欠压保护、低电压保护、差动保护作为后备保护，动作的可靠性及灵敏度都有待提高。.为了解决直流输电线路现有继电保护方案存在的上述问题，本项目提出了快速性和高可靠性相结合的、充分利用混合直流系统结构特点和控制特性的、理论完备的混合直流输电线路继电保护理论体系，难点是控制系统及拓扑结构共同作用下的直流输电线路故障特征分析。在故障特征分析的基础上，提出了一系列继电保护原理，并通过了仿真验证，取得了如下成果：.1）建立了混合双端、混合双极及混合三端直流输电系统的模型；.2）理论分析了控制作用及拓扑结构影响下的混合直流输电线路故障后各阶段电气量特征；.3）提出了系列基于单端、双端电气量保护原理。.单端量保护包括：基于电压故障分量瞬时能量的混合双极直流输电线路单端保护方法，基于电压特征信号暂态能量的单端电气量保护方法，基于有功功率故障分量暂态能量的直流输电线路保护方法等。.双端端量保护包括：基于模型识别和电流极性的混合式双极型直流输电线路纵向保护原理；基于暂态功率极性的混合双极直流输电线路纵联保护方法；基于纵向阻抗大小的混合双极直流输电线路纵联保护方法，基于相关系数的纵联保护原理等。.对于混合三端直流输电系统，开展了线路保护以及故障定位方面的初步研究。线路保护原理方面分别提出了基于Hausdorff距离算法的混合三端直流系统的差动保护原理、基于Hausdorff距离的综合阻抗纵联保护原理；故障定位方面提出了基于小波包的Elman神经网络故障定位方法和一种不受波速影响的混合三端直流输电线路故障测距新方法等。.本项目的研究成果将为混合直流输电系统的安全可靠运行提供理论支撑，具有一定的工程应用价值，可大大提升混合直流输电系统的运行水平。