特高压直流输电线路继电保护新原理研究

Ultra High Voltage Direct Current (UHVDC) transmission line is main backbone of power system, the important mission of UHVDC transmission line is the electric energy transmission from the source of energy to the power load center. The high performance protection scheme for UHVDC transmission line can detect line faults quickly, it guarantees safety operation of the UHVDC system and the adjacent ac system. So the UHVDC transmission line protection has the important role in the security of the power system. Although China has the most of the HVDC projects, but we catch the few core technologies. The project focuses on the response features of UHVDC transmission line faults and novel protection schemes for UHVDC transmission line. It will analyze the characteristics and models about the double bipolar HVDC lines on the same tower. The fault sequence networks of UHVDC are presented with consideration of connection frame, especially with multi-infeed hvdc, it is the basis of theoretical analysis and numerical calculation of currents and voltages, distribute capacitance currents and characteristic harmonic.The physical interpretion of line mode and earth mode component will be highlighted. The effect of long distance UHVDC transmission line on differential protection will be analyzed and an improved differential protection scheme with distributed capacitive current compensation will be proposed. According to that, the project will propose some new protection principles and fault location methods, and give the protection setting schemes. The study of UHVDC has important significance to improve the quick operation of protection, reliability of power supply, safety and stability of power grid.

特高压直流输电线路是电力系统的大动脉，肩负着能源产地与用电中心区域之间输送电能的重任。高性能的特高压直流输电线路保护是交直流系统安全运行的重要保证。特高压直流线路采用双12 脉动阀串联的结构，并增加旁路开关等阀连接母线，与传统的高压直流输电有很大差别。我国虽然是直流输电工程大国，但在直流输电尤其是特高压直流相关技术研究方面还相对薄弱。本项目将研究特高压双极直流线路的模变换和故障分析方法，研究故障后电气量的变化规律、特征谐波和暂态电容电流对保护和测距的影响。在此基础上，提出考虑交直流系统相互影响的控制措施与保护策略，提出适合于特高压多馈入直流输电线路的保护新原理和测距方法，确定特高压直流线路的保护整定原则。特高压输电线路的传输容量大，电气系统联系紧密，一旦保护反应不及时或不正确动作，可能导致电网崩溃和大面积停电。因此本项目对提高电力系统供电可靠性及电网安全稳定性具有重要意义。

特高压直流输电线路是电力系统的大动脉，肩负着能源产地与用电中心区域之间输送电能的重任。高性能的特高压直流输电线路保护是交直流系统安全运行的重要保证。我国虽然是直流输电工程大国，但在直流输电尤其是特高压直流相关技术研究方面还相对薄弱。本项目研究以直流输电线路的相模变换为分析基础，从故障电流波传递的角度分析暂态分布电容电流的形成机理及耦合方式，针对特高压直流输电线路的参数和结构特点，结合国内外相关工程的特点，考虑高压直流线路双极、系统参数的多种变化，研究直流系统边界特性和故障特点，提出符合特高压直流线路特点的保护新原理和方案。本项目的重要成果包括：建立并优化符合现场实际情况的特高压直流输电系统的数值仿真模型；分析和推导了双极直流线路故障时行波的传输特点，揭示了线模分量和地模分量的物理意义及特点；特高压双极直流输电线路模量特征分析及行波保护方案，可有效区分单极故障和双极故障，解决了目前工程中行波保护不能识别双极故障的缺陷；考虑分布电容电流补偿的特高压直流差动保护方案研究；特高压直流输电线路暂态能量保护原理研究；特高压直流输电线路特征边界保护方案研究；阀短路保护的动作策略分析；交直流系统之间相互影响及系统保护协调性问题；对多馈入直流系统中换相失败导致的交流线路功率倒向发生机理进行研究，提出换流站交流侧纵联保护新方案，解决了功率倒向导致纵联保护误动问题；特高压直流输电线路故障测距方法研究。建立相应的RTDS模型并将上述成果通过实验验证，结果表明，新原理和方案均具有较高可靠性和灵敏度，某些主保护响应时间小于10ms。通过本项目的研究，已经培养硕士10名（其中两人将于2018年底毕业），博士8名（其中三人将于2018年毕业），博士后3名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文39篇，被SCI收录12篇、EI收录25篇，申请国家发明专利11项。特高压输电线路的传输容量大，电气系统联系紧密，一旦保护反应不及时或不正确动作，可能导致电网崩溃和大面积停电。因此本项目成果对提高电力系统供电可靠性及电网安全稳定性具有重要意义。