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研究背景

多電平柔性直流輸電系統(tǒng)因其輸出諧波少、輸出電壓高、模塊化程度高等特點(diǎn)得到了較好發(fā)展。輸電線路作為直流輸電的橋梁，若其發(fā)生故障，不僅影響輸電，還會(huì)造成系統(tǒng)（尤其是投資成本高的換流站）的停運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)可能造成換流站設(shè)備的損壞。因此，對(duì)于輸電線路的故障的快速準(zhǔn)確的故障定位尤為重要。

目前，直流輸電線路的故障測(cè)距方法主要基于行波原理和基于暫態(tài)量反演原理。行波測(cè)距法理論完備，但受到采樣裝置和波頭識(shí)別技術(shù)的制約，一般行波法采樣頻率都達(dá)到500kHz以上?；跁簯B(tài)量反演的測(cè)距方式主要利用故障點(diǎn)處過(guò)渡電阻的純阻性和故障處電壓全線最低的特性，但該方法容易受到線路故障后，交流側(cè)注入電流的影響；同時(shí)，貝杰龍線路模型適用于單頻系統(tǒng)的仿真與潮流計(jì)算，采用貝杰龍線路模型進(jìn)行暫態(tài)量計(jì)算與實(shí)際線路相差較大。

論文所解決的問(wèn)題及意義

為了降低采樣率、脫離波頭識(shí)別技術(shù)的制約，同時(shí)能夠在頻變參數(shù)的線路中進(jìn)行計(jì)算，本文提出了電磁時(shí)間反轉(zhuǎn)理論的直流輸電線路故障測(cè)距新原理，該方法是結(jié)合了行波法和暫態(tài)量反演法優(yōu)勢(shì)的“折中”方法。

EMTR方法起源于空間中閃電位置的定位，運(yùn)用了電磁場(chǎng)（麥克斯韋方程組）的基本原理。線路的故障本質(zhì)上也是變化的電磁場(chǎng)在介質(zhì)中的傳播，本文將EMTR方法引入到電力系統(tǒng)故障測(cè)距領(lǐng)域，并理論證明了其在分布式參數(shù)線路中應(yīng)用的可行性，并以柔性直流輸電線路為例進(jìn)行了仿真說(shuō)明。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

第一步：測(cè)距裝置記錄下線路兩側(cè)各極故障電流，分別計(jì)算兩側(cè)故障電流1模分量。

第二步，利用小波函數(shù)分解1模電流分量，提取對(duì)應(yīng)于故障電流的突變點(diǎn)的信號(hào)的高頻部分。

第三步，將提取的有用的暫態(tài)量信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)，信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)如圖1所示，s(t-t1)時(shí)間反轉(zhuǎn)后為s[T-(t-t1)]。

圖1 信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)

第四步，建立無(wú)損鏡像線路，即圖2中線路的分布式參數(shù)電阻、電導(dǎo)、電感、電容為0、0、-L、-C。將時(shí)間反轉(zhuǎn)后的電流信號(hào)作為電流源串聯(lián)在無(wú)損鏡像線路兩側(cè)。

第五步，在線路上任意一點(diǎn)lZ假想金屬性故障，計(jì)算假想故障電流。計(jì)算無(wú)損鏡像線路中每一點(diǎn)的假想故障電流有效值，假想故障電流有效值最大值處即為實(shí)際故障點(diǎn)處。第四步和第五步可如圖2所示。

圖2 計(jì)算無(wú)損鏡像線路中的假想金屬性故障電流

結(jié)論

本文提出了結(jié)合小波的電磁時(shí)間反轉(zhuǎn)的直流輸電線路測(cè)距新原理。理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果表明，在使用無(wú)損鏡像線路中計(jì)算反轉(zhuǎn)電流時(shí)，測(cè)距結(jié)果精確且計(jì)算簡(jiǎn)便；在采用了小波變換濾波后，消除了交流側(cè)注入電流的影響；該方法不受過(guò)渡電阻、故障類型的影響；采樣頻率越高，測(cè)距精度越高，且當(dāng)采樣頻率為50kHz時(shí)能夠滿足測(cè)距精度要求，降低了測(cè)距裝置成本。

引用本文

張希鵬, 邰能靈, 鄭曉冬, 黃文燾, 孫凱華. 基于WEMTR的柔性直流輸電線路故障測(cè)距[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(3): 589-598. Zhang Xipeng, Tai Nengling, Zheng Xiaodong, Huang Wentao, Sun Kaihua. Fault Location in VSC-HVDC Transmission Lines Based on WEMTR. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(3): 589-598.

團(tuán)隊(duì)介紹

張希鵬

上海交通大學(xué)，博士研究生，主要研究方向：基于電磁時(shí)間反轉(zhuǎn)的電力線路故障測(cè)距新理論。

邰能靈

上海交通大學(xué)，電氣工程系系主任，教授、博導(dǎo)。教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，上海市曙光學(xué)者，上海市高校優(yōu)秀青年教師，海軍重大裝備技術(shù)保障專家組成員。發(fā)表SCI/EI論文240余篇。近幾年，主持負(fù)責(zé)多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、十一五國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重大專項(xiàng)子項(xiàng)。

黃文燾

上海交通大學(xué)，副教授。從事于新能源應(yīng)用、保護(hù)與控制研究，主要研究方向?yàn)榉植际叫履茉?、微電網(wǎng)并網(wǎng)控制與保護(hù)，大數(shù)據(jù)與新能源，以及電動(dòng)汽車并網(wǎng)控制與運(yùn)行優(yōu)化。

鄭曉冬

上海交通大學(xué)，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)、柔性直流輸配電保護(hù)、分布式能源接入保護(hù)、分布式儲(chǔ)能保護(hù)控制。