基于模量行波波形特征的柔性直流输电线路保护方案研究

作     者：孙锦琛 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：褚旭;吴传平

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：柔性直流输电线路 模量行波 主成分分析 支持向量机 单端保护 

摘      要：具备无换相失败、有功及无功功率独立控制、实时跟踪功率优势的柔性直流输电技术是未来构建多端直流电网以及促进可再生能源大规模消纳的有效手段。直流线路保护是确保柔性直流输电系统安全稳定运行的关键。针对现有行波保护中存在耐受过渡电阻以及抗干扰能力不足问题,本文进行了改进,论文具体工作内容如下:首先,针对柔性直流输电线路最严重的故障情况,即发生极间短路故障时的故障电流进行了解析并给出保护需在短时间内进行故障判别的原因,然后对直流线路耦合特性、行波传播特性以及线路参数频变特性进行了分析,并对不同故障类型下电压行波频域表达式进行求解,为后续保护的研究奠定了基础。其次,在满足保护速动性要求下,根据区内外线模量行波特征差异设计了一种基于主成分分析(Principle Component Analysis,PCA)与支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的柔性直流输电线路单端保护方法:1)对区内外故障训练样本进行PCA降维预处理,构建实现区内外故障特征提取的特征矩阵;2)利用SVM对PCA降维形成特征空间内的区内外故障训练样本特征点进行预处理,得到划分区内外故障的超平面方程,并将其用于保护整定判据;3)利用数据预处理得到的特征矩阵对线模量故障行波数据进行投影形成特征点,通过特征点所属超平面划分区域对区内外故障进行正确判别。区内正极接地故障时,行波线模量和零模量极性相同且波形与零轴形成面积含有大量重合部分,区内负极接地故障时,行波线模量和零模量极性相反,区内极间短路故障时,行波零模量幅值趋近于0,根据此特征,利用零模量积分与线模量积分的比作为故障选极判据。最后,采用张北四端柔性直流电网对设计的保护方案进行仿真验证,保护算法采样频率选取为10k Hz。仿真数据表明该保护方案能够在1.5ms内判别故障并进行正确故障选极,保护速动性、灵敏性较好;保护远端侧高阻接地故障过渡电阻值可达300Ω,保护能够耐受信噪比为20d B的噪声干扰,保护可靠性较好;针对可能影响保护动作结果的训练样本数量以及线路两侧不同限流电感值进行了仿真分析,仿真结果在整定范围之内,该保护具有良好的适应性。