高压直流输电线路电磁耦合特性研究

近年来，我国加快了特高压直流输电工程的建设步伐，然而输电线路走廊用地的日趋紧张逐渐成为直流工程发展制约因素之一。为了缓解这种情况，目前直流输电系统更多的采用同塔并架的方式建设架空输电线。然而同塔并架多回线路中不同极线间存在较为复杂的电磁耦合效应，会不可避免地对直流线路保护的动作特性造成影响，造成保护误动、非故障极闭锁等问题。对于此，目前针对直流输电线路的电磁耦合机理的深入而系统的理论研究仍较为缺乏。 建立完善的多回输电线路电磁耦合模型是本文的主要内容之一。基于均匀多导体传输线模型，本文建立了同塔并架的单回、双回以及多回直流线路的数学模型。利用达朗贝尔的波动方程理论，推导了其波动方程的解析解，并求得传播系数、阻抗系数及电压耦合系数的数学表达式。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对理论分析的有效性及准确度进行了验证。 在电磁耦合模型的基础上，本文进一步对同塔并架多回输电线路行波的传播特性进行了理论分析。结合故障边界条件，对多极线的接地故障的模量特征进行了分析推导，得到了初始模量及向量值值，并对故障波的传播特征及耦合特性的变化进行了深入的分析，总结了波在传播过程的解析表达与耦合特征。基于电磁EMTDC软件对理论分析的有效性进行了验证。 最后，在以上理论分析的基础上，本文进一步对同塔并架多回线路的耦合特性及其影响因素进行了详细的仿真分析。利用基于单回及双回实际直流输电工程的简化仿真模型，本文详细分析了频率、避雷线、传播距离以及杆塔结构对电磁耦合特性的影响，并比较了同塔单回以及多回线路耦合特性的异同，总结了其内在机理与规律。 本文的研究对直流输电工程控制保护特性的改善奠定了理论基础。