【摘要】：為了滿足我國持續(xù)快速增長(zhǎng)的電力需求,世界上規(guī)模最大、運(yùn)行工況最復(fù)雜的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)在我國已經(jīng)形成,這對(duì)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行第一道防線的繼電保護(hù)裝備提出了更高要求�？焖偾谐收�,可以增強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,充分發(fā)揮特高壓線路超大功率的輸電能力。直流輸電工程逆變側(cè)交流線路故障的快速切除還可以減少或避免連續(xù)換相失敗的發(fā)生。工頻量保護(hù)可靠性高,但動(dòng)作速度慢;暫態(tài)量保護(hù)動(dòng)作速度快,但可靠性低。針對(duì)工頻量保護(hù)動(dòng)作速度難以提高和暫態(tài)量保護(hù)可靠性低的現(xiàn)狀,本文從兩方面進(jìn)行深入探索:1)利用特高壓電網(wǎng)特有的一次設(shè)備構(gòu)成新的線路邊界的可能性,以新的線路邊界特性來改善或提高單端超高速邊界保護(hù)的區(qū)內(nèi)外故障甄別能力;2)全面利用故障信息的可能性,從時(shí)間和空間兩個(gè)維度通過故障信息的充分有效利用,實(shí)現(xiàn)速動(dòng)性和可靠性兼具的保護(hù)方案。論文完成的主要工作及成果如下:(1)深入研究了輸電線路的故障全信息量及其有效提取方法。在全面掌握輸電線路故障全信息量的形成、類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,將故障全信息量分為暫態(tài)量和工頻量,指出提取故障全信息量所應(yīng)滿足的基本要求,通過對(duì)時(shí)頻域分析方法小波變換和時(shí)域分析方法數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的深入研究,為有效提取暫態(tài)故障信息提供了數(shù)學(xué)工具:a)離散小波變換具有分頻特性,可用于獲取故障行波較寬的特定頻帶信息;b)同步擠壓小波變換在頻域進(jìn)行壓縮,獲得了較高的時(shí)頻分辨率,可用于提取故障行波窄頻帶的信息;c)形態(tài)梯度可用于檢測(cè)故障的發(fā)生,能夠準(zhǔn)確反映故障初始行波的極性,還可用于標(biāo)定故障初始行波到達(dá)保護(hù)安裝處的時(shí)刻;d)形態(tài)濾波保持故障初始行波波形特征不變的同時(shí),能夠?yàn)V除掉高頻噪聲。(2)深入分析了特高壓電網(wǎng)交流線路的邊界特性。特高壓電網(wǎng)交流線路獨(dú)有的線路邊界構(gòu)成形式為:特高壓交流線路的邊界由母線系統(tǒng)對(duì)地雜散電容、并聯(lián)電抗器和(或)串聯(lián)補(bǔ)償電容器構(gòu)成;特高壓直流工程逆變側(cè)交流線路的邊界由母線系統(tǒng)對(duì)地雜散電容、交流濾波器與無功補(bǔ)償電容器、直流濾波器與平波電抗器構(gòu)成。利用彼德遜法則,得到不同構(gòu)成形式下特高壓電網(wǎng)交流線路邊界的固有頻率特性,即特高壓交流線路邊界對(duì)高頻信號(hào)和低頻信號(hào)均有顯著的衰減作用,具有類帶通特性;逆變側(cè)交流線路邊界使高頻分量和特征頻率分量顯著衰減。上述邊界特性為構(gòu)成單端超高速邊界保護(hù)提供理論基礎(chǔ)。(3)提出了適用于特高壓電網(wǎng)交流線路的單端超高速邊界保護(hù)。根據(jù)特高壓電網(wǎng)交流線路邊界的頻率特性,提出了利用方向行波的新型邊界保護(hù)原理,并定量給出了保護(hù)原理成立的故障后時(shí)間范圍。以形態(tài)濾波后的線模量前行波與反行波時(shí)域能量之比識(shí)別故障方向。對(duì)于特高壓交流線路,以線模量反行波高頻能量與低頻能量之積判別正向區(qū)內(nèi)外故障,提出了基于離散小波變換的邊界保護(hù)算法。對(duì)于逆變側(cè)交流線路,利用線模量反行波高頻能量與特征頻率能量之積識(shí)別正向區(qū)內(nèi)外故障,將時(shí)頻分辨率更好的同步擠壓小波變換應(yīng)用于邊界元件的算法中。為了提高內(nèi)部故障的正確判別率,提出了自適應(yīng)故障類型的整定方法。仿真結(jié)果表明該邊界保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于2 ms,能夠正確判別出絕大多數(shù)的正向區(qū)內(nèi)外故障,受故障位置、過渡電阻和故障初始角等因素的影響小,可作為單端超高速保護(hù)元件。(4)提出了速動(dòng)性和可靠性兼具的特高壓電網(wǎng)交流線路全信息量快速保護(hù)。通過故障全過程中故障信息的分時(shí)利用,在3個(gè)層次上進(jìn)行了故障信息融合,在故障后25 ms內(nèi)構(gòu)筑起四道保護(hù)防線,分別提出了適用于特高壓交流線路和逆變側(cè)交流線路的全信息量快速保護(hù)方案。該保護(hù)方案包括暫態(tài)啟動(dòng)元件、單端超高速邊界保護(hù)元件、雙端高速縱聯(lián)保護(hù)元件(極性元件、距離元件和方向元件)和故障選相元件,以及與工頻量保護(hù)的相互配合。由方向元件、故障選相元件和邊界元件構(gòu)成的單端暫態(tài)量保護(hù)功能對(duì)于絕大多數(shù)區(qū)內(nèi)故障可超高速動(dòng)作(小于2 ms)。由極性元件、距離元件和方向元件構(gòu)成的雙端暫態(tài)量保護(hù)功能充分利用了故障極性、距離和方向信息,可在全線范圍內(nèi)高速動(dòng)作(小于5 ms),同時(shí)采用三取二邏輯提高了可靠性。小波變換、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在各保護(hù)元件的算法設(shè)計(jì)中得到了有效應(yīng)用。優(yōu)選工頻量保護(hù)原理與暫態(tài)量保護(hù)功能相配合,取長(zhǎng)補(bǔ)短,實(shí)現(xiàn)了快速性和可靠性的平衡,從整體上提升了線路保護(hù)的性能。仿真結(jié)果表明了該保護(hù)方案的可行性。
【圖文】：

（Ｃ）故障附加狀態(tài)逡逑圖２－１利用疊加原理分析故障狀態(tài)逡逑在圖２－ｌ（ｃ）所示的故障附加網(wǎng)絡(luò)中，故障瞬間相當(dāng)于在故障點(diǎn)ｆ施加了一個(gè)逡逑與該點(diǎn)正常狀態(tài)下大小相等、方向相反的電壓源。在此電壓源的作用下，產(chǎn)生由逡逑故障點(diǎn)向分布參數(shù)線路兩端傳播的故障暫態(tài)初始行波。逡逑假設(shè)輸電線路為一無限長(zhǎng)的均勻無損單相導(dǎo)線，如圖２－２所示，圖中Ｃｏ、逡逑分別為單位長(zhǎng)度線路的電容、電感，整條線路可看成是由無數(shù)很小的長(zhǎng)度單元逡逑ｄｘ構(gòu)成，為故障時(shí)刻。故障發(fā)生，即相當(dāng)于在／0時(shí)刻施加了一個(gè)電壓源的。令逡逑／0＝０，則邋Ｗ0邋為逡逑ｕ０＝－Ｕｆｍｓ＼ｎ｛0）ｔＱ＋（ｐ０）＾邋－Ｕ＾邋ｓｉｎ邋ｃｐＱ邐（２－１）逡逑式中，ｆ／ｆｎｉ為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)故障點(diǎn)處電壓的幅值，辦為故障初始角。逡逑邐？逡逑廣邐Ｌ0ｃｋ邋Ｌ0ｃｋ邋Ｌ０ｄｘ逡逑ｒ＞ｎｎｒ＼邋ｒ＾ｎｎｒ＼邐邐逡逑ｕ0邐Ｃ0ｄｘ邋＝｜＝邋Ｃ0ｄｘ邋＝ｐ邋Ｃ0ｃｋ逡逑圖２－２均勻無損單相導(dǎo)線的等效電路逡逑電壓源向線路電容充電，在導(dǎo)線周圍建立起電場(chǎng)，形成電壓�？拷娫村义系碾娙萘⒓闯潆�

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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM721.1

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本文編號(hào)：2691338