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MMC-HVDC系统故障测距的故障类型识别

摘要

近年来，随着电力电子技术的快速发展，基于MMC的高压直流

(MMC-HVDC)已成为输电技术领域的一个门研究。基于MMC的柔性直流

输电系统如果出现故障，会对电力系统造成严重影响。因而，行之有效的故障

测距方法对输电线路极其重要，有利于快速解决故障。

本文首先阐明了MMC-HVDC系统结构，分析了MMC的拓扑结构、数学模

型和调制方法，随后简要介绍了系统的组成结构。其次，分析了单、双端行波

测距方法，经过对比分析采用双端测距方法。又介绍了希尔伯特黄变换，根据

其处理故障行波信号方面的优势，从而获取故障行波波头的频率和故障到达M、

N两侧的时间，再利用频率获取波头的波速，则得到)隹确的故障距离。最后，利

用PSCAD搭建MMC-HVDC系统，对极间短路故障和单极接地故障特性分析,

利用P仿真软件进行分析，得到测距结果，经过分析，发现过渡电阻对测距结

果影响极小，测距结果误差满足我国电力标)隹。

关键词：柔性直流输电；故障测距；行波法；希尔伯特黄变换

目录

摘要1

1绪论3

1.1研究背景及意义3

1.2直流输电线路故障测距的研究现状5

1.2.1故障分析法5

1.2.2彳亍波法6

1.3目前柔性直流输电线路故障测距研究存在的问题7

1.3.1行波波头的精确识别错误!未定义书签。

1.3.2固有频率主成分的提取错误!未定义书签。

1.3.3波速的确定错误!未定义书签。

1.4论文主要研究内容7

2MMC-HVDC系统结构及组成8

2.1MMC拓扑结构8

2.2MMC数学模型10

2.3MMC-HVDC系统的组成12

2.4本章小结13

3MMC-HVDC行波故障测距原13

3.1行波的基本理论13

3.2输电线路行波波速、衰减系数的频变特性14

3.3行波测距的基本原理17

3.3.1单端测距法17

3.3.2双端测距法18

3.4本章小结19

4基于希尔伯特黄变换的MMC-HVDC故障测距算法19

4.1经验模态分解-EMD19

4.2Hilbert变换20

4.3基于希尔伯特黄变换的测距算法20

4.4本章小结22

5MMC-HVDC系统建模及仿真22

5.1柔性直流输电系统PSCAD仿真模型搭建22

5.2MMC-HVDC系统故障特性分析24

5.2.1单极接地故障25

5.2.2极间短路故障27

5.3MMC-HVDC线路故障测距仿真结果及其分析31

5.3.1单极接地故障仿真及分析31

5.3.2极间短路故障仿真及分析31

5.4本章小结36

6总结及展望36

2

6.1总结36

6.2展望37

参考文献38

1绪论

1.1研究背景及意义

我国煤炭、石油、天然气等的自然资源分布在西北地区，而电力能源的消

费主要集中于东南地区，这就导致出现电力资源与负荷需求中心分布不均的特

点⑴。目前，我国也正在寻求解决办法，比如西电东送。

1800年，扶打发现并产生了直流电源，发电机和电动机均使用直流电机（彭

鹏飞邱俊宏，2022。⑵但由于远距离输电系统电压不断升高、输送电能的功率

逐渐增加，致使直流电机已满足不了正常输送电的需求，从中可以看出一些端

倪导致直流输电技术发展受到一定影响，因为全控器件的发展，且在换流器设

备中得以应用，促使直流输电遇上一个发展契机⑶。柔性直流输电有着诸多优点,

对我们的生产、生活都有着很大影响（徐嘉宁，王铭凯,2023。

在负荷使用不平衡的情况下，如果风能、光伏和光发电等可再生能