含FACTS元件输电线路暂态量保护研究

FACTS是将大功率电力电子器件与设定的控制系统相结合,其目的是用来提高电力系统稳定性、可靠性和增大线路传输能力的交流输电系统,通过对电网运行中的相关重要参数如频率、电压、电流、相位等提供及时、精确的控制,提高输电系统的可控性与稳定性、改善电能质量,增加线路的传输能力。FACTS的概念自提出以来,在理论研究以及工程实际方面已获得了长远的发展,而与此同时,这也给传统继电保护带来了新的挑战,深入研究含有FACTS元件输电线路的新型继电保护原理对提高整个电网稳定运行具有十分重大的理论与实际意义。 全文围绕含有FACTS元件输电线路暂态量保护这一重大课题展开工作,详细分析了STATCOM元件和SSSC元件的工作原理及其数学模型,并根据其工作原理与数学模型提出可行的控制策略,将电压源逆变器作为FACTS元件的核心部分,利用仿真软件PSCAD/EMTDC搭建其电磁暂态仿真模型。分析了FACTS元件在不同运行工况以及各种故障条件下的电磁暂态过程以及控制原理,分析了FACTS元件在稳态和暂态情况下投入后产生的谐波含量特征,对STATCOM元件在不同安装位置时进行仿真分析,得到谐波含量与安装位置的关系,表明装设于线路中问时谐波影响最小。根据输电线路在投入STATCOM元件与没有投入时发生故障进行分析,表明故障行波在STATCOM安装处的折、反射系数不受影响,同时分析了行波在边界处的频率特性以及谐波含量在频域上的分布特征,分别利用电流量与电压量构成了单端暂态保护的高低频能量比判据,并对其进行仿真验证,分析表明单端暂态量保护原理在含STATCOM输电线路中仍旧有效。根据SSSC的电磁暂态特性,得出由于SSSC中耦合变压器存在漏感,对高频分量呈现高阻抗,使得线路在SSSC之后故障时,保护处检测到的高频分量衰减严重,造成单端暂态保护高低频能量比判据原理不再有效。针对低频分量受其影响较小这一特征,提出了暂态能量方向元件,利用故障后保护处所量测的暂态能量极性构成方向元件,当量测到的能量为正时,表明反向区外故障,而为负时,则为正方向故障,仿真分析表明其能可靠、快速的识别故障方向。根据线路两侧瞬时功率极性在初始行波阶段内不会改变的特征,利用最小二乘拟合两端瞬时功率曲线,并用形态峰谷检测其峰谷特征,区内故障时,均表现波谷,而区外故障时,一端为波峰,另一端为波谷,以此构成纵联保护。