考虑直流控制系统影响的HVDC输电线路后备保护研究.pdf

第４３卷第１期２０１５年１月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏ１Ｖｌｏ１．４３Ｎｏ．１Ｊａｎ．１，２０１５考虑直流控制系统影响的ＨＶＤＣ输电线路后备保护研究刘剑，范春菊，邰能灵（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海２００２４０）摘要：在考虑直流控制系统影响的情况下，详细分析了ＨＶＤＣ输电线路区内、区外的故障特征以及直流控制系统的动作特性和控制状态。引入并分析了基于开关函数的交直流系统二次谐波计算等值模型。通过分析故障期间换流器触发角和直流侧二次谐波量的变化特征，提出了一种新的以换流器触发角为保护动作量，利用二次谐波分量闭锁的直流线路后备保护方案，给出了保护整定的理论计算方法。与直流线路纵联差动保护相比，该保护不因直流电流波动影响而被闭锁，保护动作时间较快；与微分欠压保护相比，具有更高的抗过渡电阻能力。通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ大量仿真计算，验证了该保护能可靠区分直流线路区内、区外故障，与直流线路纵联差动保护和微分欠压保护相比具有明显的优越性。关键词：ＨＶＤＣ输电线路：直流控制系统：后备保护；换流器；触发角ＢａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆＤＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＬＩＵＪｉａｎ，ＦＡＮＣｈｕｎｊｕ，ＴＡＩＮｅｎｇｌｉｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｅｔ：ＴｈｅｆａｕｌｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｔｈｅｓｔａｔｅｓｏｆＤＣｃｏｎｔｒｏ１ｓｙｓｔｅｍｄｕｒｉｎｇＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ１ｉｎｅｉｎｎｅｒａｎｄｅｘｔｅｍａｌｆａｕｌｔａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＤＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｂａｓｅｄｏｎｓｗｉｔｃｈｆｕｎｃｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．ＡｎｅｗｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅａｎｄｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｉｎｆａｉｌｕｒｅｐｅｒｉｏｄ．Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｉｓｕｓｅｄａｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｖａｌｕｅａｎｄ—ｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｉｓｕｓｅｄａｓｂｌｏｃｋｉｎｇｓｉｇｎａｌｆｏｒｔｈｅｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｅｔｔｉｎｇｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＤＣｌｉｎｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎＣａｎｏｐｅｒａｔｅｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｓｐｅｅｄａｎｄｗｉｌｌｂｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆＤＣｃｕｒｒｅｎｔｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｕｎｄｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｔｃａｎｏｐｅｒａｔｅｗｅｌｌｄｕｒｉｎｇｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｇｒｏｕｎｄｆａｕｌｔ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓｉｍｕｌｍｉｏｎｕｓｉｎｇＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｖａｌｉｄａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅＣａｎｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｎｅｒａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｆａｕｌｔｒｅｌｉａｂｌｙａｎｄｒａｐｉｄｌｙ，ａｎｄｈａｓｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｖｅｒＤＣｌｉｎｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｕｎｄｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１３７７１０４）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ；ＤＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｆｉｒｉｎｇａｎｇｌｅ中图分类号：ＴＭ７７文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１５）０１－００７３０８０引言与交流输电技术相比，高压直流（ｎＶＤＣ）输电由于具有输送距离远、输送容量大以及功率调控方便等诸多优点，而被广泛应用于远距离电能传输、异步联网、海岛供电等领域【ＪＪ。ＨＶＤＣ输电线路常作为大区域联网的联络线，它运行的可靠性不仅影响着直流输电系统，也关系到两端交流系统的稳定。然而运行数据显示国内直流输电可靠性指标偏低Ｊ，线基金项目：国家自然科学基金项目（５１３７７１０４）路故障占直流输电系统故障的５０％，但线路保护的正确动作率只有５０％，有近一半的输电线路故障由直流控制系统响应动作，造成直流闭锁，引起不必要的停运ｌ。从国内外投运的ＨＶＤＣ输电工程来看，直流输电线路保护存在着理论不完备、没有系统地考虑控制系统的影响，且没有普遍适用的整定原则、仅依赖于仿真结果进行整定等问题【７Ｊ，因而可靠性不高。目前直流线路主保护配置行波保护，微分欠压保护、纵联差动保护作为行波保护的后备保护Ｌ８Ｊ。行波保护与微分欠压保护都存在耐过渡电阻能力．．７４．．电力系统保护与控制差、灵敏度低、整定缺乏依据（需要通过仿真试验整定１等问题。微分欠压保护在行波保护退出运行或者由于电压变化率上升沿宽度不足时可以起到后备保护作用，然而在过渡电阻较大时，电压变化率不足而失去后备保护的作用【９Ｊ。电流纵联差动保护由于没有考虑暂态分布电容的影响，需等待暂态过程完全消失后才能动作，加上躲开区外故障的延时，动作时间长达１．１ｓ，此时整流侧极控中的低压保护或者最大触发角保护动作将故障极闭锁Ｌｌｍ¨Ｊ，因此差动保护也没有对高阻接地故障起到后备作用。有关直流线路后备保护的研究较少，文献［１２】通过大量的仿真提出了直流线路远后备保护方案，但其无法区分直流线路区外故障，保护定值的获得依靠仿真，且配合时间较长。文献『１０］从保护配置的角度还指出直流线路保护种类单一，可靠性差，在直流线路故障后相当长时段内缺乏能够反应故障的保护原理。因此有必要研究可靠性更高、具有理论整定依据、动作时间较快的直流线路后备保护。本文结合交直流系统二次谐波等值模型，考虑直流控制系统动作的影响，详细分析了直流线路区内外故障时交直流两侧电气量的特征以及控制系统的控制状态，提取交直流侧的特征电气量和控制系统状态量构造了一种直流线路后备保护方案，同时基于二次谐波等值电路给出了相关判据的整定计算方法，并通过仿真验证表明该保护方案能准确区分直流线路区内、区外故障，并具有较高的抗过渡电阻能力。１高压直流输电系统与二次谐波计算模型典型两端直流输电系统主要由整流站、逆变站和直流线路构成，其构成如图１所示。士交流系统交流系统图１典型两端直流输电系统—Ｆｉｇ．１ＴｙｐｉｃａｌｔｗｏｔｅｒｍｉｎａｌＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ引入开关函数方法对图１系统进行建模引，考虑整流侧交流系统不对称情况下，交直流系统二次谐波等值电路如图２所示＿ｌ１。图中：、ｊ为平波电抗器等值电感；兄为直流线路电阻；Ｃｄ为直流线路等值电容；ｔ＝，（４一）￡为换流器等值电感，式中￡为换相电感；图２二次谐波等值电路—Ｆｉｇ。２Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃ２＝≥二二（４＋１）ｃｏｓ（２ｗｔ＋ＯＡ一）为Ｍ端二次谐波等值电压，式中４１ｓｉｎ２ＣＯＳ等（．＋１），一为换流母线负序电压相位。于是Ｍ处二次谐波电流可由式（１１得出。Ｉ，＝（１）～Ｚｄ２式中，乙，为二次谐波等值阻抗。由Ｕｄ，表达式可知交流侧负序电压将在直流侧产生２次谐波电压，且与负序分量成正比；而当交流系统对称时，直流侧无２次谐波分量。因此直流侧的２次谐波电气量可以作为直流线路区外不对称故障的一个重要判据。逆变侧的数学模型与整流侧相似，在此不予重复。２直流线路区内、区外故障分析直流控制系统对直流线路运行状态的变化具有快速的反应能力，交直流系统发生故障的暂态过程中，整流侧和逆变侧的控制模式都发生了多次切换［１引。直流线路发生区内、区外故障时，故障特征不再单一，且随控制系统的变化而变化。考虑到本文研究的为直流线路的后备保护，故将对直流控制系统的最终控制状态和故障特征进行分析。图３为控制系统状态特性图¨。本文采用仿真验证系统为国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）直流输电标准测试系统，对于一般交流直流混联系统，送端与受端都为有源系统，与直流系统相连的两端交流系统可用等值电源等效替代，因此，本仿真系统适用于直流连接的交直流混联系统。该测试系统的基本控制方式是：整流侧由定电流控制和定ｊ（最小触发角）控制两部分组成；逆变侧配有定电流控制和定关断角控制，但无定电压控制。此外整流侧和逆变侧都配有低压限流（ＶＤｃＯＬ）控制，逆变侧还配有电流偏差控制。２．１区外整流端交流侧短路故障整流端交流侧发生短路故障如图１中Ｆ所示。当发生三相对称故障时，整流侧在定电流控制作用刘剑，等考虑直流控制系统影响的ＨＶＤＣ输电线路后备保护研究一７５一，ｐ１－２１Ｏ０８０．６Ｏ４０＿２图３两端直流输电系统直流控制器稳态一特性曲线——Ｆｉｇ．３ＳｔｅａｄｙｓｔａｔｅＵｄＩｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｔｗｏ－ｔｅｒｍｉｎａｌＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍ㈤Ｉａｒ５。于零，逆变器将发生换相失败，其有相关的控制和保护将迅速动作。当逆变端交流侧发生不对称故障时，在不引起换相失败的情况下，换流母线电压有所下降，整流侧在定电流控制作用下迅速将触发角增大，整流侧最终运行在低压限流（ＶＤＣＯＬ）控制状态，如图３中曲线ＥＦ段；逆变侧控制系统运行在定控制状态。同样由于交流侧的不对称故障，直流侧将有较大含量的二次谐波量，其计算值可以结合式（１）得出。于是可知区外逆变流端交流侧不对称短路故障时，有如式（４）所示的特征。Ｉ口＞｛』ｄ２＞Ｉｄ２ｏ（４）ｌ：＞【，ｄ。式中：为图３中Ｅ点对应的整流器触发角；Ｉｄ，。分别为考虑系统干扰和不平衡情况下直流侧二次谐波电流、电压值。２．３直流线路区内短路故障直流线路发生区内短路故障时，如图１中所示。直流线路对于稳态的直流电流阻抗效应小，Ｍ端电压下降很大，电流增大，整流侧在定电流控制作用下迅速将增大，最终整流侧进入定电流（最小电流限制）控制状态，即如图３中曲线ＦＨ段，将Ｍ端直流电流限制在０．５５ｐ．ｕ．。同样对于逆变侧而言，Ｎ端直流电压下降较大，逆变侧触发角增大，控制系统最终进入定电流控制（最小电流限制）状态，即图３中曲线ＤＧ段，将Ｎ端直流电流限制在０．４５ｐ．ｕ．。于是直流线路区内短路故障有如式（５）所示特征。ｆａ＞ａＦ｛Ｉｄ２＝０（５）Ｉ【２＝０式中，ａ图３中Ｅ点对应的整流器触发角。３直流线路后备保护方案综合区内、区外故障特征分析，即式（２）～式（５）所示，可利用ａ＞ａ＋作为后备保护动作判据，ｓＩｄ＞Ｉｄ：、Ｕｄ：＞。为闭锁判据，形成后备保护方案。当满足ａ＞ａ，且无闭锁信号时，后备保护延时动作，其他情况保护不动作。３．１保护定值整定和判据计算系统额定运行时，图１中Ｍ端直流电流和电压分别为、，并作为直流侧二次谐波分量的标幺值基准。当整流侧运行在图３中Ｅ点时，直流侧电流和电压分别为Ｉｄ＝１Ｐ＿ｕ．、＝０．９Ｐ－ｕ＿制，于是计算Ｅ点触发角如式（６）。．７６．电力系统保护与控制ａＥ＝ａｒｃ［ｃｏｓ（＋二１Ｅ）／１．３５］（６）式中：墨为换相电抗；为换流母线线电压有效值，对于１２脉波换流器，Ｎ＝２。结合式（２）～式（５）的分析，考虑到实际系统故障时，由于控制系统的调控作用和过渡电阻的时变性，容易引起故障后短暂时间内触发角较大范围波动，为防止保护误动作，以触发角动作判据的计算如式（７）。』ｌａ（ｔ＋１０ｍｓ）ｆ）Ｉ＜５。（７）【＞ａｓ。ｔ＝式中：（）为触发角采样值；为可靠系数；为保护门槛值。即从极控测量单元获取【ｌ８Ｊ触发角的采样值１０ｍｓ内的差值小于５。且触发角大于门槛值时，动作判据出口。正常运行时整流器触发角在５。～２０。ｌＪ，而直流线路内部故障时，整流侧控制系统运行在图３中ＦＨ段，其触发角比在Ｅ点时大得多，为保证可靠性可取１．５。系统正常运行或者直流线区内故障时，理想情况下直流侧二次谐波分量为零，但为保证可靠性，二次谐波分量定值取大于系统不平衡情况下以及区外三相故障暂态不平衡引起的直流侧二次谐波电流、电压值，如式（８）所示。Ｉｄ２＞Ｉｄ２ｓｅｔＫ２／ｄＮｒ０、【Ｕｄ２＞【，ｄ２。ｔ＝Ｋ２一式中：Ｋ２为可靠系数；。、。分别为二次谐波电流、电压门槛值。由于本文研究的为直流线路的后备保护，为方便计算二次谐波定值，区外故障可只考虑最严重的区外不对称故障情形，即换流母线处故障，结合特定系统参数分别计算换流母线处单相或者两相接地短路的负序电压，根据式（１）计算出直流侧二次谐波电流、电压量，据此来确定取值。结合本文仿真系统参数计算，可取０．１。３．２后备保护方案结合第２节的故障分析和式（６）～式（８），形成直流线路后备保护算法流程图如图４所示。需要说明的是：为防止逆变侧区外故障导致换相失败Ｉｌ引，而满足判据门槛值，引起后备保护误动作，保护可以通过一定的延时等待换相失败诊断结果，以进行配合规避。换相失败相关保护诊断时间约为２００ｍｓ【ｌ引，故障时直流控制系统的调控响应时间一般为５～４０ｍｓ［１８］，同时考虑保护采样计算时间，本直流线路后备保护在故障发生后２５０ｍｓ左右即可出口动作。图４保护算法流程图Ｆｉｇ．４Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｆｏｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ另外，对于交直流混联系统，当交流系统发生低频振荡或者交流系统含有谐波源时，直流侧将耦合产生间谐波，由文献［２０１的分析和仿真可知，１００Ｈｚ左右的低频间谐波含量不足１％，远低于保护定值０．１Ｐ＿ｕ＿，保护不会被闭锁。对于交流系统严重的不正常运行状态，如换流变饱和，交流侧的三次谐波将在直流侧耦合产生二次谐波，此时考虑到本保护为后备保护方案，可通过适当的延时闭锁来规避。４系统仿真与验证将本文所提出的直流线路后备保护方案应用于国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）ＨＶＤＣ标准测试系统，仿真系统模型如图１所示。利用ＰＳＣＡＤ进行系统仿真，利用Ｍａｔｌａｂ对保护方案进行算法分析。系统参数见文献［１８］，结合系统参数和第３节保护整定计算方法，可计算本文提出的保护各定值：ａｓ＝４８。，Ｕｄ２．ｓｅｔ￣０．１ｐ．ｕ．，。。＝０．１ｐ．ｕ．。故障发生时刻在２Ｓ，持续时间为０．５Ｓ。４．１区内外故障仿真验证分别在直流线路区内中点以及整流侧和逆变侧换流母线设置短路故障，仿真分析整流器触发角、直流侧二次谐波电压，（ｐ－ｕ．）和直流侧二次谐波电流，（ｐ＿ｕ．）。仿真结果如图５和表１所示。区内故障时的电气量如图５ｆａ）所示，从图中可以看出，直流线路区内故障瞬间，换流器触发角迅速增大，故障后２５０ｍｓ，整流侧触发角增大至９０。左右；二次谐波分量在故障瞬间较大，但此时换流器触发角波动较大，不满足闭锁条件，而当触发角稳定时，二次谐波分量很快衰减为零，保护无闭锁信刘剑，等考虑直流控制系统影响的ＨＶＤＣ输电线路后备保护研究７７号而可靠动作；直流线路区外故障时的电气量如图５（ｂ）所示，直流线路区内故障后２５０ｍｓ，整流器触发角减少至５。左右，二次谐波分量为０－３ｐ＿ｕ．左右，ｌｏｏ８Ｏ６０４０２００一．１．９０１９５２．００２０５２．１０２１５２＿２Ｏ２．２５２．３０２．３５２４０２．４５２．５０２．５５０４Ｏ３Ｏ２０１０１“ｚｌｌ９０１．９５２００２．０５２１０２．１５２２０２．２５２３０２．３５２４０２．４５２．５０２５５ｔｌｓ保护被闭锁而不动作。其他类型故障的仿真结果见表１，所有结果均为在满足ｌ＋１０ｍｓ）－ａ（ｔ）Ｉ＜５。时刻的仿真值。（ａ１商流线路区内中点故障图５区内、区外故障时换流器触发角、—■］．．．０４０．３０２０ｌＯ１９０１９５２００２．０５２１０２１５２２０２２５２３０２３５２４０２４５２，５０２５５ｆｆｂ）区外整流端网侧单相故障直流侧二次谐波量仿真结果Ｆｉｇ．５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｆ—ｉｒｉｎｇａｎｇｌｅｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｄｕｒｉｎｇｉｎｎｅｒａｎｄｅｘｔｅｍａｌｆａｕｌｔｓ表１直流线路区外故障仿真结果Ｔａｂｌｅ１ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｐｒｏｐｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｆａｕｌｔｓｏｆＤＣｌｉｎｅ由表１可以看出，在区外不对称故障时，二次谐波分量均大于闭锁整定值，保护被闭锁而不动作；在整流侧三相短路时，触发角为５。左右，保护也不动作。即本文提出的保护方案能可靠区分直流线路区外故障而不动作。４．２区内不同故障点位置保护动作特性仿真验证为更好地对比分析保护的动作速度，引入直流线路纵联差动保护的动作判据，如式（９）所示【２，】。Ｉｌ一ｉＩ＞ｌｓ＝０．０５ｐ－ｕ＿ｆｆ十６５。）一，ｄｆｆ）Ｉ＞０．０３５ｐ．ｕ．＝＝＞闭锁６００ｍｓ一∽式中，Ｉ一Ｊ、Ｉ，ｄ（。一１分别为整流侧和逆变侧直流电流差、６５ｍｓ内直流电流变化值。分别在直流线路始端、中点以及末端设置金属性短路故障，仿真分析整流器触发角ｏｆ、直流侧二次谐波电压：（ｐ＿ｕ．）、直流侧二次谐波电流，ｄ（ｐ－ｕ＿）：在相同故障条件下，分别对直流线路纵联差动保护的整流侧和逆变侧直流电流差Ｉ一＿ｌ、６５ｍｓ内直流电流变化值ｌ，ｄ（ｍ）一ｌｄ（ｆ１Ｉ进行了仿真，仿真结果如图６和表２所示。量；ｊ１００８０６０４０２００１９０１９５２．００２０５２．１０２ｌ５２．２０２２５２．３０２．３５２４０２４５２５０２５５０．４０．３０２０１“ｄ２３．０皇０。ｆａ）Ｎ端故障时本保护仿真结果＾’：ｖ、．１．９０１．９５２００２０５２１０２．１５２２０２２５２３０２３５２．４０２４５２．５０２．５５≈０．ｄ／。ｌｕ０皇磊ｐｕ奄≈ｄ／。ｌｕ０ｇｌ１ｑＮ一７８．电力系统保护与控制直流线路区内故障时的仿真结果如图６（ａ）和表２所示，直流线路始端、中点以及直流线路末端故障２５０ｍｓ后，换流器触发角在９０。左右，二次谐波分量接近于零，即本保护不论是在线路始端还是线路中点以及末端故障，在２５０ｍＳ后都能准确区分区内故障而可靠动作；直流线路纵联差动保护仿真结果如图６（ｂ）所示，不论是直流线路始端、中点还是直∽流线路末端故障，都有（ｍｓ）一Ｉｄ１＞０．０３５Ｐ－ｕ．，直流线路纵联差动保护将闭锁６００ｍｓ而不动作，加上躲开外部故障的时间５００ｍｓ，其动作时间为１．１Ｓ。据此可知，本保护动作速度明显优于直流线路纵联差动保护。表２不同故障位置本保护仿真结果Ｔａｂｌｅ２Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｐｒｏｐｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ４．３保护的抗过渡电阻能力分析为更好地对比分析保护的抗过渡电阻能力，引’入微分欠压保护的动作判据，如式（１０）２ｌＪ所示。‘』ｄＵｄ／ｄｔ＞Ａｌ￣ｔ＝０・０８５Ｐ・ｕ（１０）＜Ａ２ｄ＝０．２５ｐ．ｕ＿式中，／ｄｔ、Ｕ分别为直流电压变化率和直流电压。分别在直流线路始端、中点以及末端设置经不同过渡电阻接地的短路故障，仿真分析整流器触发角、直流侧二次谐波电压，（ｐ．Ｕ．）和直流侧二次谐波电流（ｐ．ｕ．）；相同故障条件下，对微分欠压保护中的直流电压变化率ｄｕ／ｄｔ和直流电压进行了仿真，仿真结果如图７和表３所示。微分欠压保护仿真结果如图７所示，直流线路中点经１５０Ｑ过渡电阻接地时，即使甜ｄ＜０．２５Ｐ．Ｕ．，但ｄｕ／ｄｔ＜Ｏ．０８５，微分欠压保护不动作，当过渡电阻大于５００Ｑ时，Ｕｄ＞Ｏ．２５Ｐ－ｕ＿，且ｄｕ／ｄｔ＜Ｏ．０８５，微分欠压保护可靠不动作。即微分欠压保护对于线路中１９Ｏｌ９５２Ｏ０２０５２．１０２１５２．２Ｕ２２５２．３０２３５２．４０２４５２５Ｕ２５５ｓ图７直流线路中点经不同过渡电阻接地微分欠压保护动作特性仿真结果Ｆｉｇ．７Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｕｎｄｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ表３本文保护直流线路区内不同过渡电阻短路故障仿真结果Ｔａｂｌｅ３Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｐｒｏｐｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ刘剑，等考虑直流控制系统影响的ＨＶＤＣ输电线路后备保护研究．．７９．．５结论本文在考虑直流控制系统的影响下，利用区内、区外故障时换流器触发角和直流侧二次谐波量构造了一种后备保护方案，并且给出了保护定值计算方法。该保护能正确区分直流线路区内、区外故障，且耐过渡电阻能力强，动作可靠性高。与目前应用的直流线路纵联差动保护相比，该保护不因直流电流波动而被闭锁，动作速度明显优于直流电流差动保护；与微分欠压保护相比，在区外不对称故障时，能结合二次谐波可靠闭锁而不动作，具有较强的抗过渡电阻能力，明显优于微分欠压保护。因此本文提出的保护方案对于实际高压直流输电工程线路后备保护的配置具有重要参考意义。参考文献［１］ＬＯＮＧＷ．ＮＩＬＳＳＯＮＳ．ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ｙｅｓｔｅｒｄａｙａｎｄｔｏｄａｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２００７，５（２）：２２－３１．［２］王峰，徐政，黄莹，等．高压直流输电主回路稳态参数计算［Ｊ】．电工技术学报，２００９，２４（５）：１３５．１４０．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＸＵＺｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＹｉｎｇ，ｅｔａ１．ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００９，２４（５）：１３５１４０．［３］于占勋，朱倩茹，赵成勇，等．高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）含直流馈入的山东电网ＥＭＴＤＣ建模与仿真［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，—３９（２４）：５８６４．ＹＵＺｈａｎｘｕｎ，ＺＨＵＱｉａｎｒｕ，ＺＨＡＯＣｈｅｎｇｙｏｎｇ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＨＶＤＣｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｏｎＡＣｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐａｒｔｏｎｅ：ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ—ＳｈａｎｄｏｎｇＧｒｉｄｗｉｔｈＤＣｆｅｅｄｉｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥＭＴＤＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（２４）：５８・６４．［４］周俊，郭剑波，胡涛，等．高压直流输电系统数字物理—动态仿真［Ｊ］＿电工技术学报，２０１２，２７（５）：２２１２２８．ＺＨＯＵＪｕｎ，ＧＵＯＪｉａｎｂｏ，ＨＵＴａｏ，ｅｔａ１．Ｄｉｇｉｔａｌ／ａｎａｌｏｇｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒ￣５００ｋＶＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，２７（５）：２２１－２２８．［５］宋国兵，蔡新雷，高淑萍，等．高压直流输电线路故障定位研究综述［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４０（５）：—ｌ３３１３７．ＳＯＮＧＧｕｏｂｉｎｇ，ＣＡＩＸｉｎｌｅｉ，ＧＡＯＳｈｕｐｉｎｇ，ｅｔａ１．ＳｕｒｖｅｙｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（５）：１３３－１３７．［６］李爱民，蔡泽祥，任达勇，等．高压直流输电控制与保护对线故障的动态响应特性分析［Ｊ］．电力系统自动化，—２００９，３３（１１）：７２７５．ＬＩＡｉｍｉｎ，ＣＡＩＺｅｘｉａｎｇ，ＲＥＮＤａｙｏｎｇ，ｅｔａ１．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨＶＤＣｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＨＶＤＣｌｉｎｅｆａｕｌｔｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００９，３３（１１）：７２．７５．［７］高锡明，张鹏，贺智．直流输电线路保护行为分析［Ｊ］．电力系统自动化，２００５，２９（１４）：９６．９９．ＧＡＯＸｉｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ，ＨＥＺｈｉ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＨＶＤＣｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００５，２９（１４）：９６－９９．［８］周红阳，余江，黄佳胤，等．直流线路纵联差动保护的相关问题［Ｊ］．南方电网技术，２００８，２（３）：１７．２１．ＺＨＯＵＨｏｎｇｙａｎｇ，ＹＵＪｉａｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａｙｉｎ，ｅｔａ１．ＩｓｓｕｅｓｏｖｅｒＤＣｌｉｎｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ—ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２（３）：１７２１．［９］张保会，张嵩，尤敏，等．高压直流线路单端暂态量保护研究【Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１）：１９．２３．ＺＨＡＮＧＢａｏｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＳｏｎｇ，ＹＯＵＭｉｎ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒａｎｓｉｅｎｔ－ｂａｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒＨＶＤＣｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１）：１９－２３．［１０］宋国兵，高淑萍，蔡新雷，等．高压直流输电线路继电保护技术综述［Ｊ］．电力系统自动化，２０１２，３６（２２）：１－７．ＳＯＮＧＧｕｏｂｉｎｇ，ＧＡＯＳｈｕｐｉｎｇ，ＣＡＩＸｉｎｌｅｉ，ｅｔａ１．ＳｕｒｖｅｙｏｆｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１２，３６（２２）：ｌ－７．［１１］束洪春，田鑫萃，董俊，等．基于多重分形谱的高压直流输电线路区内外故障识别方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（１）：２５１－２５８．ＳＨＵＨｏｎｇｃｈｕｎ，ＴＩＡＮＸｉｎｃｕｉ，ＤＯＮＧＪｕｎ，ｅｔａ１．ＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｆａｕｌｔｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｆｒａｃｔａｌｓｐｅｃｔｒｕｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（１）：２５１－２５８．［１２］吴丽颖，王增平，王雪，等．高压交直流混合输电直流线路远后备保护研究［Ｊ］．华北电力大学学报，２００６，３３（５）：１－５．ＷＵＬｉｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＺｅｎｇｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｕｅ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎＤＣｌｉｎｅｒｅｍｏｔｅｂａｃｋ－ｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＨＶＡＣ／ＤＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００６，３３（５）：１－５．．８０．电力系统保护与控制［１３］傅闯，饶宏，黎小林．交直流混合电网中直流５０Ｈｚ和１００Ｈｚ保护研究［Ｊ】．电力系统自动化，２００８，３２（１２）：５７．６０．ＦＵＣｈｕａｎｇ，ＲＡＯＨｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｌｉｎ．ＨＶＤＣ５０Ｈｚａｎｄ１００ＨｚｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＡＧＤＣｈｙｂｒｉｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，—３２（１２）：５７６０．［１４］ＨＵＬｉｈｕａ．ＭＯＲＲＩＳＯＮＲＥ．ＴｈｅｕｓｅｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｎＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｏｎａｎｕｎｂａｌａｎｃｅｄｓｕｐｐｌｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，１９９７，１２（２）：９７３－９８０．［１５］于春光．计及直流接入的交流系统故障计算方法研究【Ｄ】．济南：山东大学，２０１２：１－２０．ＹＵＣｈｕｎｇｕａｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｎｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆＡＣｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｊｉｎａｎ：ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２：１－２０．［１６］ＹＵＣｈｕｎｇｕａｎｇ，ＣＨＥＮＱｉｎｇ，ＧＡＯＺｈａｎｊｕｎ，ｅｔａ１．ＦａｕｌｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＡＣｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｂｙＨＶＤＣ—ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ】／／ＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＳｍａｒｔＧｒｉｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡｓｉａ（ＩＳＧＴＡｓｉａ），２０１２ＩＥＥＥ，Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｃｈｉｎａ，Ｍａｙ２１－２４，２０１２：１－６．［１７］徐政．交直流电力系统动态行为分析［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００４：４４．４８．［１８］赵婉君．高压直流输电工程技术［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００４：１－２５．［１９］李思思，贺兴容，明志强，等．电容换相换流器在预防高压直流换相失败上的特性研究『Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１８）：８８．９２．ＬＩＳｉｓｉ，ＨＥＸｉｎｇｒｏｎｇ，ＭＩＮＧＺｈｉｑｉａｎｇ，ｅｔａ１．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｐａｃｉｔｏｒｃｏｍｍｕｔａｔｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆＨＶＤＣｉｎｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１８）：８８９２．［２Ｏ］余涛，史军，任震．交直流并联输电系统的间谐波研究【Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２８（２２）：１１８－１２３．ＹＵＴａｏ，ＳＨＩＪｕｎ，ＲＥＮＺｈｅｎ．ＩｎｔｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｉｎＡＣ／ＤＣｈｙｂｒｉｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００８．２８（２２）：１１８－１２３．［２１］李爱民．高压直流输电线路故障解析与保护研究［Ｄ】．广州：华南理工大学，２０１０：７０．８０．ＬＩＡｉｍｉｎ．ＡｓｔｕｄｙＯ１＂１ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ［Ｄ１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ：ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０：７０．８０．收稿日期：２０１４－０３－０９；修回Ｂ期：２０１４－０６－０９作者简介：刘剑（１９９０一），男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向为电力系统继电保护与控制；Ｅ．ｍａｉｌ：ｓｊｔｕｌｉｕｊｉａｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ范春菊（１９６７－），女，副教授，长期从事人工智能在继电保护及综合自动化中应用的研究及教学工作；邰能灵（１９７２－），男，教授，博士生导师，从事电力系统继电保护和电力系统综合自动化研究。