PDF《MMC - HVDC 输电线路双端非同步故障测距方法》

MMC - H V D C输电线路双端非同步故障测距方法 杨亚超,黄纯,江亚群,刘鹏辉,汤涛(湖南大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市

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8 2 ) 摘要:提出了一种基于模块化多电平变换器的高压直流( MMC - HV D C) 输电线路双端非同步故障 测距方法.

首先, 通过分析 MMC - HV D C 系统直流侧线路故 障时的电流环路, 将跳闸后的双端 MMC的两侧环路分别等效为 R L C串联电路, 并先后控制双端 MMC 桥臂子模块的投入, 为两侧 R L C串联电路提供一个初始电压;

然后根据 R L C电路的零输入响应特性, 分别提取双端 MMC 子 模块电容电流的最大值以及该时刻的电压;

最后利用双端非同步测量的数据计算故障距离.该方 法不依赖于电 容的初始电压, 并且不受过渡电阻影响, 可重复测量, 提高了测距的可靠性.在PSCAD/EMT D C 中搭建了2 1电平的 MMC - HV D C模型, 并对所提故障测距方法进行仿真, 验证 了其有效性. 关键词:直流输电线路;

双端故障测距;

模块化多电平换流器;

非同步测量 收稿日期:

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修回日期:

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2 2. 上网日期:

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2 4. 国家自然科学基金资助项目(

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0 引言 基于模块化多电平变换器的高压直流( MMC - HV D C) 输电系统近年来得到迅速发展, 并在国内外 许多实际工程中得到应用[

1 -

3 ] .直流输电线路是直 流系统故障率最高的元件, 由于直流输电线路一般 较长, 通过巡线的方式快速定位故障点变得十分困 难, 这严重影响了直流线路发生永久性故障的恢复 时间[

4 - 5] .如何及时有效地对故障距离进行准确测 量, 对电网故障的排除以及快速恢复其安全运行有 着重要的工程意义. MMC - HV D C 系统直流侧故障主要包括断线故障、 单极接地短路故障和双极短路故障

3 类[ 6] . 近年来, 研究人员提出了许多直流线路故障测距方 法, 主要分为分析法、 行波法、 注入法和暂态量法. 分析法一般根据线路的等效模型列写其回路方程, 计算线路的故障距离, 其计算结果易受分布参数影 响[

7 - 9] .行波法是通过测量行波在线路检测端与故 障点之间往返一次的时间差来计算线路 的故障距 离, 一般在高压直流输电线路中采用, 理论上不受线 路参数影响[

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1 2 ] , 但对于短距离故障存在两个行波 波头识别困难的问题, 对于长距离故障存在行波沿 线路传播时会迅速衰减的问题, 并且测量精度受行 波检测算法影响.注入法[

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1 4] 是通过向故障后的直 流线路注入相应的测距信号, 然后计算故障点的距 离, 该方法需要提供信号注入源, 因此初期投入较 大.暂态量法利用直流线路发生故障瞬间的电压、 电流等暂态量提取故障参数, 计算故障线路的故障 距离[

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1 6] ;

由于其一般需要两端数据信息, 因此需要 额外的同步设备进行时钟同步, 系统设计较繁 琐. 针对直流线路故障测距技术, 文献[

1 7] 提出了一种 根据特征频率计算故障距离的方法, 但是需要附加 额外的电容, 成本较高. 与电压源变换器( V S C) 相比, 模块化多电平变 换器( MMC) 不需要外接母线电容( 除直流侧采用电 容钳位接地方式外) , 其子模块电容的投入与切除状 态受系统控制.本文以 MMC - HV D C 系统为研究 基础, 通过分析其直流侧线路故障时的电流环路, 将 跳闸后的双端 MMC 的两侧环路分别等效为 R L C 串联电路, 并先后控制双端 MMC 上桥臂子模块投 入, 分别为两侧 R L C 串联电路提供一个初始电压. 然后根 据RLC电路的零输入响应特性, 建立了MMC - HV D C系统 直流侧单极接地短路故障和双极短 路故障的测距方法. 本文最后在PSCAD/EMT D C中搭建了2 1电平的 MMC - HV D C 模型进 行仿真验证, 结果表明, 采用 MMC - HV D C 输电线 路双端非同步故障测距方法能够对故障点进行准确 的测距, 并且具有较高的精度.