特高压直流线路故障暂态及行波保护特性研究

直流输电系统能实现快速和多种方式的调节,与交流系统相比更适合于远距离大功率输电。2010年我国将建成世界首个±800kV特高压直流输电工程——云广直流输电工程。特高压直流线路超长的送电距离,将使线路发生短路的概率大大增加,这对作为直流线路主保护的行波保护(WFPDL)提出了更高的要求。行波保护的原理基于线路故障的暂态特征——行波引起的电压电流量的变化。然而,目前对直流线路故障暂态特性仍缺乏系统、深入的理论研究。本文在对特高压直流线路故障暂态特性定量分析的基础上,进一步研究行波保护的特性,为行波保护的整定提供理论依据。 本文研究工作及成果如下:通过合理的简化,推导出区外与区内故障产生的行波解析式;研究了行波在线路上传播的色散机理;推导了直角波入射整流器时折射波的数学表达式,并且分析了接地极线路对折射波的影响;针对双桥十二脉动直流系统,推导了直流线路发生短路故障时的整流器过冲电流公式。利用区内外故障时线路末端电压的解析式,用数值计算方法求取了虚构临界过渡电阻与计算频率的关系;在综合分析线地模分解、色散和折反射等因素对虚构临界过渡电阻-计算频率特性影响的基础上,得到行波保护的临界过渡电阻-计算频率特性。利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,建立±800kV特高压直流系统仿真模型,进行了大量仿真计算。仿真结果验证了本文的理论分析的正确性。