2所提保护方案的程序化实现.doc

西安理工大学 研究生课程论文/研究报告 课程名称： 电力系统及其自动化新技术 任课教师： 段建东（教授） 论文/研究报告题目： 高压直流输电线路上的 一种新型保护装置的开发 完成日期： 2 0 1 5 年 7 月 15 日 学 科： 电力系统及其自动化 学 号： 2140320006 姓 名： 赵 召 成 绩：  1前言 目前，行波保护和电压微分保护通常作为高压直流（HVDC）传输线的主保护，同时后备保护是由直流低压保护和电流差动保护组成。然而，行波型保护和电压微分保护对故障过渡阻抗敏感。欠压保护可靠性低，电流差动保护操作时间延迟多达数百毫秒。不必要的缺点引起HVDC系统停运。在此背景下，新的特高压直流输电线路保护具有比目前所用的保护更好的性能。 目前研究的先进高压直流输电保护可分为两种类型：组保护和非组保护。 对于组保护，已提出了使用的暂态信号的能量的方案，行波型保护方案。以及基于电流特性的保护。尽管满足识别线路故障性能，但是信道是这些保护方案的关键，保护的可靠性高度依赖的信道的可靠性。 相较于组保护需要传输线两端的信息，非组保护仅利用整流侧的局部信息。已经提出了基于对直流滤波器和平滑电抗器边界特征的边界保护、距离保护以及一种改进的行波保护方案。不幸的是，他们没有实现到硬件实施，此外，他们的实时操作性能没有经过测试。 此外，还有一种使用现场可编程门阵列（FPGA）的混合保护方案。虽然具有良好的实时运行性能，但192千赫兹的高采样率使得它在实践中难以被应用。此外，不同于交流系统，直流输电换流站作为一个完整系统集成了控制和保护系统。它们的硬件适用统一的系列产品（如SIEMENS的SIMATIC-TDC系列，ABB的MACH3系列和许继集团的HCM2000系列）和控制逻辑大多写在图形编程语言，如STRUC G的HCM2000。 为了开发一种比继电保护更合适高压直流输电线路的保护装置，本文提出了一种新的非组保护方案，这符合现实的软件环境并且满足系统采样和计算的局限性。利用所提出的方案的样机是基于HCM2000开发系列的硬件，已被少数被成功地用于高压直流输电系统，如糯扎渡800千伏系统和三湖Ⅱ500千伏系统.随着RTDS的使用，500千伏，660千伏，和800 kV HVDC系统被建模测试开发保护装置。仿真结果表明，该保护装置可以迅速和准确的检测故障，并且相比现有保护，本文所提保护在检测高阻抗故障时具有更好的性能。此外，现场数据试验证明了所提保护方案具有区分短路故障和雷击干扰的优良性能。 本文的其余部分安排如下。第二章陈述所提保护方案及其图形化编程实现。实际的开发装置在第三章说明。仿真和现场数据测试验证保护装置第四章给出，第五章给出了结论。 2所提保护方案的程序化实现 2.1 综述 图1 双极直流输电系统单极简化图 1）所提保护方案的概述：该方案的采样频率为10 kHz。如图2所示，该保护方案由五个单位组成。故障或干扰由起始单元检测。故障区段（内部/外部），故障极，以及故障的方向是分别通过边界单元，故障极识别单元，和方向单位判断。雷电干扰识别单元来区分雷电干扰和短路故障。 图2 所提出的保护方案的结构 所提保护方案的基本工作流程如下：一旦起动单元判据满足，后续的计算将被激活然后其它单元开始工作。数据窗口为5毫秒，最终决定是由在数据窗口最后0.5毫秒来判断该系统是否需要重新启动，通过一系列换流阀控制动作来清除线路故障。 为了实现各单元功能，本文使用图形软件开发工具STRUC G。 STRUC G包括许多预定义的功能模块。该功能模块包含控制，计算，管理和其他功能。图3示出的图形函数的例子模块。该模块将两个输入值相乘和输出乘积。虽然图形化编程语言节省程序开发时间，该程序的灵活性受到限制，因为所述功能模块被预先定义，其应该可以通过使用考虑了保护设计易于实现算法。每个单元的详细说明，包括在STRUC G基本原理和方案实施，是下面给出。 图3 图形化功能模块例子 2.2启动单元 电压梯度用于检测异常，由于系统的异常可以用电压的变化来特征，这可表示为: (1) 其中,是的第采样电压值。是所计算的电压梯度。保护启动判据被定义为 (2) 其中，是正