【《多端混合直流输电线路保护问题分析的国内外文献综述》4100字】

多端混合直流输电线路保护问题研究的国内外文献综述高压直流输电线路以行波保护、微分欠压保护作为主保护，行波保护采用电压/电流的变化量，其保护动作速度较快，耐受过渡电阻能力较差，微分欠压保护作为行波保护的后备保护[24-32]。直流输电线路的后备保护有低电压保护和纵联电流差动保护等，然而纵联差动保护虽然保证了可靠性，但是其速动性较差[33-38]，因此，国内外研究学者对直流输电线路保护的研究比较多，针对双端、多端的直流输电系统拓扑均有所研究。主要分为两类：一、不考虑换流器之间通讯的单端量保护方法；二、考虑换流器之间进行信息交互的双端量保护方法。1.1直流输电线路单端量保护研究现状目前对于高压直流输电线路单端量保护已开展了大量的研究工作，提出了改进的行波保护、暂态量保护等原理。其中高压直流输电线路行波保护是利用直流输电线路电磁波在阻抗不连续点发生折射和反射原理识别直流输电线路的故障。在直流输电系统正常运行时系统存在稳态的行波传播过程，当直流输电线路发生故障后，由于故障点会产生一个与故障点大小相等、方向相反的故障电源，故障电源像线路两侧传播行波。通过在换流器保护安装处检测行波的变化以识别直流线路的保护。其中，电磁波在直流输电线路上传播的速度接近光速，因此，行波保护的速度非常快，满足保护的速动性。文献[39]研究了考虑耦合的多回线路并行线路上传播过程,并且详细推导了行波传输的表达式。目前，在实际工程中应用的行波保护装置多由西门子公司和ABB公司提供[40]。其中，西门子公司的直流线路保护方案为电压行波保护，西门子公司采用故障后线路电压会快速跌落的特征，根据识别电压波头变化率在10ms内的积分来判断直流输电线路的故障。ABB公司的直流线路保护方案为模量行波保护，ABB公司计算直流线路共、差模量的极波变化实现直流线路故障的检测，因此，西门子公司的行波保护抗干扰能力强于ABB公司，ABB行波保护过渡电阻耐受能力高于西门子行波保护[41]。目前对于直流输电线路的单端量保护主要是在保证速动性的前提下提高可靠性。文献[42]计算了行波在传播过程中的衰减特征，进而提出了改进的行波保护方案，可以有效克服直流线路远距离、高过渡电阻情况等弱故障条件下灵敏度低的问题。文献[43]首先对直流线路发生故障后行波的折反射特性，取小波变换模极大值，根据区内外小波变换模极大值的明显差异识别直流线路故障，所提方法耐受过渡电阻能力较强。文献[44]考虑了多种工况下行波的传播特征，利用行波模量的极性，根据极性差异有效识别直流线路故障。文献[45-47]提出的方法在一定程度上均有效提升了直流线路行波保护的性能。由于行波保护在高阻故障时存在灵敏度不足的问题，部分研究学者开展了基于故障暂态量保护的研究，进而引入了小波变换等数学工具以获取故障信息的暂态量[48-50]。如文献[51-53]对从暂态量保护的原理出发介绍了直流输电线路单端暂态量保护。文献[54]分析了直流线路边界元件对高频、低频分量的衰减、方法作用，基于多频带的能量比值实现对高压直流输电线路单端暂态电流保护新原理。文献[55]研究了高压直流线路暂态量的故障特性，分析了暂态功率在区内外故障时在不同频段存在的差别，利用高频能量与低频能量的比值识别区内外故障，实现直流输电线路的单端量保护。上述基于单端暂态量的保护方法本质上是利用直流输电线路的物理边界对高频、低频的不同传输特性，进而实现对直流输电线路的故障识别，但是对故障频段的选择没有理论依据，其过于依赖直流线路的物理边界参数，其对新型混合拓扑结构是否适用仍需要进一步探讨。迄今为止，对混合直流输电线路单端量保护的方法研究较少。文献[56]针对混合双极直流输电系统，利用双树复小波变换能够有效地区分区内外故障，该方法具有一定的抗高阻接地特性，但其不适用于多端混合直流输电线路具体故障线路的识别。文献[57]利用傅里叶分解提取故障电流的频谱向量，基于电流时频谱所占比重以及母线两侧加装的电流方向元件对具体故障线路进行了有效识别，具有很好的耐高阻接地特性及抗噪声干扰特性，但该方法需要很高的采样率。文献[58]基于三端混合直流系统中换流站通过汇流母线并联接入的结构，推导了区内外故障时行波的复域表达式，分析了不同过渡电阻时的行波相位特性，进而基于行波相位特征构建了一套具有较强耐受过渡电阻性能的三端混合直流线路保护方案，其在线路1段首端的保护测点保护整个系统线路全长，线路2段首端的保护测点保护线路2段全长。1.2直流输电线路双端量保护研究现状目前基于不同换流站信息的双端量保护方法由于受到通信延时问题，其速动性较差，但采用双端量其选择性更强，因此，双端量保护通常作为高压直流输电线路的后备保护。例如学者采用行波差动原理，利用反行波构造直流线路差动保护判据[59]。文献[60]通过分析输电线路故障时的电流频谱特征，用多信号分类算法得到固有频率后，利用线路两端固有频率主频差构成保护主判据来判断区内、外故障，提出了基于电流行波固有频率的输电线路纵联保护方法。文献[61]直流线路两端固有频率主频差的纵联保护在线路中点存在保护盲点问题，利用线路两端固有频率主频差构造主判据，利用一、二次频差构成辅助判据，提出了新的纵联保护方法。文献[62]利用故障发生后一段时间内，线路两端反行波幅值积分的比值来识别区内故障。也有很多学者从电气量上实现直流输电线路双端量保护。如文献[63]利用两端的电流模量构造双端量保护判据。文献[64]根据直流线路区内故障两端电流突变方向相同，而线路外部故障线路两端电流突变方向相反的特征，提出了一种电流突变量方向的直流输电线路纵联保护原理。文献[65]同时考虑了电压、电流的突变量方向，基于更丰富的电气量信息提高保护可靠性。文献[66]针对柔性直流输电系统拓扑结构，考虑了稳压电容的影响，采用不同频段电流的幅值比实现对故障区域的识别。文献[67]提出基于换流器两端电流标幺值的差异，获取相关系数，进而识别直流输电线路的故障。迄今为止，对混合直流输电线路纵联保护的方法研究相对较少。文献[68]针对双端端混合直流系统，依据区内外故障时直流线路两端电流线性相关程度不一致，通过计算线路两端电流相关系数绝对值的大小，区分线路区内外故障。文献[69]针对多端混合直流系统，分析故障暂态电流的变化，提出利用低频能量差识别直流输电线路故障区域识别方法，其整定较为复杂。文献[70]针对多端混合直流系统，首先依据母线两侧故障电流线模分量的变化量方向进行故障分区，然后再利用Hausdorff距离算法，对各线路两端故障电流计算Hausdorff距离，依据区内外故障时两端故障电流间Hausdorff距离的差异区分区内外故障，对于T区线路则是计算了母线送端测电流与母线两受端测电流和的Hausdorff距离，能够有效识别T区母线故障。参考文献赵畹君.高压直流输电工程技术[M].中国电力出版社,2004.浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京:电力工业出版社,1982.刘可真,束洪春,孙士云,等.±800kV云广特高压直流控制方式的动态特性分析[J].高电压技术,2010,36(01):190-195.BahrmanMP,JohanssonJG,NilssonBA.Voltagesourceconvertertransmissiontechnologies-Therightfitfortheapplication:PowerEngineeringSocietyGeneralMeeting[Z].2003.潘垣,尹项根,胡家兵,等.论基于柔直电网的西部风光能源集中开发与外送[J].电网技术,2016,40(12):3621-3629.李亚楼,穆清,安宁,等.直流电网模型和仿真的发展与挑战[J].电力系统自动化,2014,38(04):127-135.温家良,葛俊,潘艳,等.直流电网用电力电子器件发展与展望[J].电网技术,2016,40(03):663-669.温家良,吴锐,彭畅,等.直流电网在中国的应用前景分析[J].中国电机工程学报,2012,32(13):7-12.黄莹,徐政,曾德文,等.西电东送纯直流输电方案研究[J].电网技术,2004(19):1-4+19.胡艳梅,吴俊勇,李芳,等.±800kV哈郑特高压直流控制方式对河南电网电压稳定性影响研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(21):147-153.杨光亮，邰能灵，郑晓冬，等．±800kV特高压直流输电控制保护系统分析[J].高电压技术，2012，38(12):3277-3283.WangY,MARQUARDTR.FutureHVDC-gridsemployingmodularmultilevelconvertersandhybridDC-breakers[C]//.201315thEuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications.IEEE,2013.李岩,黄立滨,洪潮,等.±800kV直流输电系统双12脉动阀组投退策略分析[J].南方电网技术,2010,4(2):21-25。张爱玲.溪洛渡送电广东同塔双回直流输电工程控制保护策略研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(9):72-76.邓军,肖遥,郝艳捧.新型同塔双回高压直流输电线路分布参数测量方法及工程应用[J].电力自动化设备,2016,36(3):154-158.董言乐,杜松轩.溪洛渡双回直流工程功率协调控制分析[J].南方电网技术,2013,7(6):41-43.ChaudhuriNR,ChaudhuriB,MajumderR,etal.Multi-TerminalDirect-CurrentGrids:Modeling,Analysis,andControl[M].2014.李爱民,蔡泽祥,任达勇,等.高压直流输电控制与保护对线路故障的动态响应特性分析[J].电力系统自动化,2009,33(11):72-75.王海军,吕鹏飞,曾南超,等.贵广直流输电工程直流线路故障重启动功能研究[J].电网技术,2006,30(23):32-35.魏星.云广±800kV直流输电线路重启动功能分析[J].高电压技术,2011,37(12):3059-3064.汤广福,贺之渊,庞辉.柔性直流输电工程技术研究、应用及发展[J].电力系统自动化,2013,37(15):3-14.马为民,吴方劫,杨一鸣,等.柔性直流输电技术的现状及应用前景分析[J].高电压技术,2014,40(8):2429-2439.徐政,陈海荣.电压源换流器型直流输电技术综述[J].高电压技术.2007,33(1):1-10.李斌,何佳伟,冯亚东,等.多端柔性直流电网保护关键技术[J].电力系统自动化,2016,40(21):2-12.刘剑.高压直流输电线路保护及故障隔离技术研究[D].上海,上海交通大学,2017.ChenS.,TaiN.,FanC.,etal.Adaptivedistanceprotectionforgroundedfaultoflinesconnectedwithdoubly-fedinductiongenerators[J].IETGeneration,Transmission&Distribution.2017,11(6):1513-1520.李斌,何佳伟,李晔,等.基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案[J].中国电机工程学报,2016,36(21):5741-5749.杨赛昭,向往,文劲宇.架空柔性直流电网线路故障保护综述[J].中国电机工程学报,2019,39(22):6600-6617.汤广福,罗湘,魏晓光.多端直流输电与直流电网技术[J].中国电机工程学报,2013,33(10):8-17.YangJ,FletcherJE,O'ReillyJ.Short-CireuitandGroundFaultAnalysesandLocationinVSC-BasedDCNetworkCables[J].Transactio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