高压直流输电系统故障检测的反向电压行波方法 晏坤

发表时间:2017/12/7   来源:《电力设备》2017年第22期   作者:晏坤 张帆
[导读] 摘要:随着高压直流输电技术的逐渐成熟,其应用也日益普及。为保证电网运行的可靠性与安全性,直流输电线路的故障检测已成为当前研究的热点。

        (国网冀北电力有限公司唐山供电公司  河北唐山  063000)
        摘要:随着高压直流输电技术的逐渐成熟,其应用也日益普及。为保证电网运行的可靠性与安全性,直流输电线路的故障检测已成为当前研究的热点。高压直流输电线路发生故障后,故障点会产生一组向两侧传播的随时间和频率变化的行波。该行波携带相应故障的信息,可用于故障检测和线路保护。原有的文献表明,传统的典型行波保护方法很难对故障进行有效识别并在短时间内作出正确的保护决定。
        1 原理分析
        1.1 HVDC系统结构和故障
        HVDC系统主要由电网送端交流网络(NetworkⅠ)、交流变直流的换流变压器(YY),整流器、直流输电线路、逆变器、直流变交流的换流变压器和电网受端交流网络(NetworkⅡ)构成,实现将交流变为直流传输后再转化为交流的过程 。系统中的整流器和逆变器又称为换流器,是系统中的主要设备,能实现交流和直流的转换。
        直流输电系统的故障分为直流故障和交流故障。本文主要研究直流故障中的直流线路故障和交流故障中的接地短路故障。
        1.2 故障识别方法
        HVDC 在实际应用中,由于直流传输线路长,非常容易出现故障,所以需要快速检测故障并识别故障类型,并在最短时间内作出补救。当高压直流输电系统的直流输电线路出现故障时,一般以行波保护作为主保护。传统的行波保护方案中,应用较为广泛的是ABB 行波保护和 SIEMENS 行波保护 。这两种保护方案虽然动作快、识别范围广,但是存在一定的缺陷。由于其采用的电压和电流都是瞬时值,对噪声比较敏感,抗干扰能力不强,还存在误动作和不动作的情况,因此在实际应用中效果不理想。
        基于小波变换的行波保护具有优越的抗干扰能力和运行稳定性,本文应用小波变换对故障进行准确检测,以验证其能力。小波分析具有同时在频域和时域分析的优点,可以检测到正常原始信号中的暂态,并将其频率部分表示出来,以便分析。
        Daubechies 小波函数的支撑长度为2N-1,消失矩为N。DbN小波是没有显式表达式的(除N=1外),但是其传递函数{hk}的模的平方却有显式表达式。故 DbN 小波的表达式为:


        2.3 逆变器交流侧两相短路故障
        HVDC 系统逆变器交流侧两相故障时,线路完全断开。同样地,其交流故障中的两相故障小波系数小于 50,其极性在 30 ms 内保持相同。因此,交流故障既可以通过 HVDC 线路故障中检测小波系数识别,又可以通过具有极性改变的正常操作识别。
        2.4 逆变器交流侧三相短路故障
        当 HVDC 系统逆变器交流侧三相故障时,其电压和电流达到 0,此时故障最为严重。相比于其他交流故障,三相故障时反向电压行波从 0 下降到负值的用时最短,故障发生最为迅速。
        3 结论
        本文提出高压直流输电系统基于小波变换技术的故障检测方法,通过分别检测逆变器交流侧故障和直流输电线路故障的行波信号,利用Db3小波分析得到反向电压行波的5层小波变换系数,以区分故障类型。仿真结果表明,采用小波变换技术,反向行波电压的小波变换系数能够实现对HVDC直流故障和交流故障的区分。小波变换技术在高压直流输电故障检测方面的应用加快了检测进度,使高压直流输电故障检测技术得到了更快的发展。
        参考文献:
        [1]韩昆仑,蔡泽祥,贺智,等.高压直流输电线路故障行波传播特性及其对行波保护的影响[J].电力系统保护与控制,2013(21):20-25.
        [2]陈平,牛燕雄,徐丙垠,等.现代行波故障测距系统的研制[J].电力系统自动化,2003,27(12):81-85.

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