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超高压直流输电系统建模、仿真及故障测距软件开发

作 者: 高永强
导 师: 李永丽
学 校: 天津大学
专 业: 电力系统及其自动化
关键词: 直流输电系统仿真模型 直流输电系统控制策略 行波保护 微分欠电压保护 纵差保护 COM组件
分类号: TM755
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


直流输电具有输送容量大、线路造价低、功率控制灵活、只输送有功功率、没有稳定性问题等优点,特别适合远距离、大容量输电,近几年在我国取得了巨大发展。由于直流输电线路长度通常达上千公里且沿线地理环境复杂,当发生线路故障时,故障点很难查找,而线路故障又是直流输电系统中发生概率最高的故障,因此开发一套精确的直流输电线路线路故障测距系统具有很重要的意义。本文针对南方电网高坡至肇庆直流输电系统,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件,建立了超高压直流输电系统的仿真模型。模型的一次侧系统参数按照高肇直流输电系统的参数搭建;二次侧的控制模型采用电流裕度控制特性,其中整流侧采用定电流控制和最小触发角?限制,逆变侧采用定电流控制和定γ角控制;此外,整流侧逆变侧均装有低压限流控制环节,逆变侧还有电流裕度平滑转换功能。在稳态运行状况下,整流侧运行在定电流控制模式,逆变侧运行在定γ角控制模式。直流线路通常会配置行波保护、微分欠电压保护和纵差保护三种保护原理,其中行波保护和微分欠电压保护是主保护,纵差保护是后备保护。本文研究了这三种保护的原理,结合高肇直流输电系统,介绍了三种保护的实现方式,并在现场故障录波数据基础上分析了保护的动作行为。在超高压输电线路两端装设的故障录波装置基础上,本文开发出了基于COMTRADE数据格式的双端电气量故障测距与输电线路保护动作仿真软件。该软件不仅能够实现线路故障的测距功能,还可以对输电线的保护动作行为进行仿真,供现场工作人员进行分析诊断。软件界面采用C#编写,界面友好,操作简捷,支持测距及保护仿真报告的打印、转存、查看相应故障的录波图等功能,可以存储并查看历史报告;软件的核心算法采用COM组件形式,便于软件的升级和电网调度自动化系统的扩展,有着很广泛的应用前景。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 超高压直流输电系统的特点  10-12
  1.3 超高压直流输电控制保护系统的发展及研究现状  12-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第二章 超高压直流输电系统仿真模型的建立  15-53
  2.1 一次侧系统仿真模型的建立  15-34
    2.1.1 直流输电系统的构成方式  15-19
    2.1.2 交流系统模型  19-25
      2.1.2.1 短路比和有效短路比的概念  19-21
      2.1.2.2 整流侧交流系统模型  21-23
      2.1.2.3 逆变侧交流系统模型  23-25
    2.1.3 换流变压器模型  25
    2.1.4 交直流滤波及换流站无功功率补偿  25-33
      2.1.4.1 滤波系统构成  26-28
      2.1.4.2 换流站交流侧使用的滤波器模型  28-30
      2.1.4.3 换流站直流侧平波电抗器及滤波器模型  30-32
      2.1.4.4 换流站无功消耗及无功补偿  32-33
    2.1.5 直流输电线路模型  33-34
      2.1.5.1 线路模型的选择  33-34
  2.2 二次侧控制系统仿真模型的建立  34-43
    2.2.1 直流输电系统基本控制方式  35-37
    2.2.2 直流输电系统控制系统的建模  37-43
      2.2.2.1 测量环节  39
      2.2.2.2 补偿电阻  39
      2.2.2.3 VDCOL控制特性  39-40
      2.2.2.4 电流偏差控制特性  40
      2.2.2.5 整流侧定电流控制特性  40-41
      2.2.2.6 逆变侧定电流控制特性  41-42
      2.2.2.7 逆变侧定关断角控制  42
      2.2.2.8 逆变控制模式选择  42-43
  2.3 直流输电系统直流侧故障仿真  43-52
    2.3.1 金属接地故障仿真  43-50
      2.3.1.1 极二整流站出口短路故障  43-45
      2.3.1.2 极二逆变站出口短路故障  45-46
      2.3.1.3 极二输电线路短路故障  46-50
    2.3.2 高阻接地仿真  50-52
  2.4 本章小节  52-53
第三章 超高压直流输电线路保护的原理、配置及动作行为分析  53-62
  3.1 直流线路短路故障暂态过程  53-54
  3.2 直流线路保护的原理及配置  54-55
  3.3 直流线路保护的实现  55-58
    3.3.1 行波保护的实现  55-57
    3.3.2 微分欠电压保护的实现  57-58
    3.3.3 纵差保护的实现  58
  3.4 直流线路保护动作行为的典型案例分析  58-61
    3.4.1 线路保护的实际动作情况  59-60
    3.4.2 高坡站极二直流线路保护动作行为分析  60-61
    3.4.3 肇庆站极二直流线路保护动作行为分析  61
  3.5 本章小结  61-62
第四章 超高压直流输电线路故障测距与保护动作仿真系统  62-76
  4.1 录波装置的数据记录及采样频率  62-63
  4.2 COMTRADE 数据格式说明  63-65
  4.3 基于故障录波器的测距及保护动作仿真系统  65-69
    4.3.1 COM 组件技术简介  65-66
    4.3.2 基于故障录波装置的故障测距及保护动作仿真系统软件开发  66-69
      4.3.2.1 软件特点  66
      4.3.2.2 软件功能的实现  66-69
  4.4 本章小结  69-76
第五章 结论  76-78
参考文献  78-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 线路及杆塔 > 线路检修
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