牟大林，林 圣，李小鵬，戴文睿

白鶴灘-江蘇特高壓混合直流輸電線(xiàn)路行波保護(hù)適應(yīng)性分析

牟大林1，林 圣1，李小鵬2，戴文睿3

(1.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081)

為探究現(xiàn)有直流輸電線(xiàn)路行波保護(hù)對(duì)白鶴灘-江蘇特高壓混合直流輸電系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)：白江混合系統(tǒng))的適應(yīng)性，根據(jù)白江混合系統(tǒng)直流線(xiàn)路故障附加網(wǎng)絡(luò)推導(dǎo)直流線(xiàn)路區(qū)內(nèi)外故障時(shí)線(xiàn)路兩端故障行波的邊界傳播特性。分析發(fā)現(xiàn)，直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障后邊界傳播特性與傳統(tǒng)直流系統(tǒng)存在差異。進(jìn)一步分析行波保護(hù)判據(jù)的變化情況，表明行波保護(hù)判據(jù)主要受整流側(cè)反射系數(shù)和逆變側(cè)折射系數(shù)的影響。將白江混合系統(tǒng)與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)直流輸電線(xiàn)路正向區(qū)外發(fā)生短路故障后，白江混合系統(tǒng)電壓變化量、電壓變化率、極波變化量和極波變化率比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)變化更大，導(dǎo)致行波保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)增大。最后，基于PSCAD搭建白江混合系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。

混合直流輸電系統(tǒng)；直流輸電線(xiàn)路；行波保護(hù)；適應(yīng)性分析；邊界傳播特性

0 引言

高壓直流輸電技術(shù)是解決我國(guó)電力能源與負(fù)荷需求逆向分布問(wèn)題的有效手段[1-4]；其中，融合電網(wǎng)換相換流器(line commutated converter, LCC)與模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)優(yōu)點(diǎn)的混合直流輸電技術(shù)備受青睞[5-7]。目前對(duì)混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究較多[8-11]，其中整流側(cè)采用LCC、逆變側(cè)采用MMC與LCC級(jí)聯(lián)的混聯(lián)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)因逆變側(cè)LCC具有可阻斷直流故障時(shí)MMC放電通路、降低換相失敗概率、實(shí)現(xiàn)逆變站多落點(diǎn)輸電等優(yōu)勢(shì)而被關(guān)注[12]。我國(guó)“西電東送”部署重點(diǎn)工程——白鶴灘-江蘇±800 kV特高壓混合直流輸電工程(簡(jiǎn)稱(chēng)：白江工程)便是采用該種技術(shù)，是世界首個(gè)級(jí)聯(lián)型混合直流輸電工程[13]。

白江工程于2022年建成投運(yùn)，其整流側(cè)采用傳統(tǒng)的雙12脈動(dòng)LCC，而逆變側(cè)的高壓端采用單12脈動(dòng)LCC、低壓端采用3個(gè)MMC并聯(lián)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。該工程輸電距離全長(zhǎng)2086 km，線(xiàn)路超長(zhǎng)且運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變，其快速可靠的保護(hù)是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本保障。由于行波保護(hù)動(dòng)作具有速度快的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的直流輸電工程均將其作為輸電線(xiàn)路的主保護(hù)[14-17]。然而，白江工程采用了一種全新的混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)差異是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)故障行波的傳播特征產(chǎn)生影響？會(huì)產(chǎn)生什么影響？是否會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有行波保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)？對(duì)于這些問(wèn)題的分析與研究目前尚未見(jiàn)明確的報(bào)道。因此，有必要分析現(xiàn)有直流線(xiàn)路行波保護(hù)對(duì)白江工程的適應(yīng)性，以指導(dǎo)其線(xiàn)路保護(hù)方案的設(shè)計(jì)或完善。

圖1 白鶴灘-江蘇混合直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基于此，本文以白江工程作為研究對(duì)象，分析了現(xiàn)有工程應(yīng)用的兩類(lèi)直流輸電線(xiàn)路行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的適應(yīng)性。首先根據(jù)直流線(xiàn)路故障附加網(wǎng)絡(luò)，分析直流系統(tǒng)在不同位置故障時(shí)的邊界傳播特性，進(jìn)一步推導(dǎo)邊界傳播特性與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)邊界傳播特性的差異，分析行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的靈敏性。分析發(fā)現(xiàn)電壓變化量和電壓變化率在直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障時(shí)比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)變化更大，而電流變化量較傳統(tǒng)直流更小；極波變化量和極波變化率在直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障時(shí)也比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)變化更大。最后，根據(jù)白江工程設(shè)計(jì)參數(shù)搭建仿真模型，仿真驗(yàn)證理論推導(dǎo)和結(jié)論的正確性。

1 邊界特性分析

1.1 故障附加網(wǎng)絡(luò)

白江混合系統(tǒng)逆變側(cè)低壓端采用3個(gè)MMC并聯(lián)，每個(gè)MMC均采用半橋子模塊。對(duì)于一個(gè)MMC，若單相橋臂所有投入子模塊通態(tài)電阻之和、橋臂電抗以及橋臂電容分別為20、20及20，則MMC的等效電阻、等效電抗與等效電容分別為20/3、20/3、60/，其中為每相投入子模塊的數(shù)量[18]。因此，3個(gè)并聯(lián)MMC換流器的等效電阻、等效電抗與等效電容分別為、、。其中，，，，，波阻抗通常為幾百歐姆，因，故MMC等效電阻可以忽略。由此可得逆變側(cè)低壓端MCC的等效阻抗為

當(dāng)逆變側(cè)高壓端LCC等效阻抗、直流濾波器等效阻抗為，整流側(cè)LCC等效阻抗，直流濾波器等效阻抗為時(shí)，利用疊加定理可得到直流線(xiàn)路發(fā)生故障后的系統(tǒng)故障附加網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。圖中為平波電抗器等效電抗，為直流線(xiàn)路波阻抗，為過(guò)渡電阻，為故障電壓分量，與故障點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)的電壓大小相等方向相反。m、n分別為整流側(cè)與逆變側(cè)直流線(xiàn)路保護(hù)安裝處。

圖3 白江混合系統(tǒng)直流濾波器結(jié)構(gòu)圖

Fig. 3 DC filter configuration for Bai-Jiang hybrid system

表1 直流濾波器參數(shù)

1.2 邊界傳播特性

圖4 反向區(qū)外故障附加網(wǎng)絡(luò)

Fig. 4 Additional network for backward externalF2 fault

當(dāng)圖1所示逆變站正向區(qū)外F3處發(fā)生故障時(shí)，其故障行波分量通過(guò)折射傳輸?shù)絥處，其故障附加網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖5 正向區(qū)外故障附加網(wǎng)絡(luò)

從上述不同位置故障后邊界傳播特性表達(dá)式可知，直流線(xiàn)路故障時(shí)在邊界點(diǎn)m處的折射系數(shù)與反射系數(shù)、反向區(qū)外故障時(shí)在邊界點(diǎn)m處的折射系數(shù)與傳統(tǒng)LCC-HVDC系統(tǒng)，如云廣特高壓、賓金特高壓等工程相同[19-22]，基于此，本文側(cè)重于分析直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障的工況。

2 行波保護(hù)適應(yīng)性分析

2.1 行波保護(hù)

目前工程中應(yīng)用的行波保護(hù)主要有電壓行波保護(hù)和極波行波保護(hù)兩類(lèi)。我國(guó)貴廣直流工程、云廣直流工程等采用電壓行波保護(hù)，靈紹直流工程、賓金直流工程等采用極波行波保護(hù)。

電壓行波保護(hù)以輸電線(xiàn)路電壓變化量、電壓變化率和電流變化量等作為主要判據(jù)，以此快速判別直流線(xiàn)路故障，其具體判別式為

電壓行波保護(hù)典型的保護(hù)單元邏輯框圖如圖7所示。首先利用電壓變化率實(shí)現(xiàn)故障啟動(dòng)，再根據(jù)電壓、電流的變化量識(shí)別線(xiàn)路故障。

圖7 電壓行波保護(hù)邏輯框圖

地模波表達(dá)式為

極波行波保護(hù)的典型保護(hù)單元邏輯框圖如圖8所示。圖8中極波行波保護(hù)的具體配合關(guān)系如下：當(dāng)兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的極波差值大于整定值時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)判別式，將前一個(gè)采樣點(diǎn)作為標(biāo)定采樣點(diǎn)，繼續(xù)把之后第2、5、7個(gè)采樣點(diǎn)的極波值與標(biāo)定采樣點(diǎn)的極波值做差，若差值均大于整定值，則表明直流線(xiàn)路發(fā)生故障，再根據(jù)地模波判斷故障極[22-23]。

圖8 極波行波保護(hù)邏輯圖

電壓行波保護(hù)包括電壓變化率、電壓變化量和電流變化量3個(gè)判據(jù)，且必須3個(gè)判據(jù)同時(shí)滿(mǎn)足才會(huì)發(fā)生電壓行波保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。極波行波保護(hù)包括極波變化率、極波變化量、地模波3個(gè)判據(jù)，必須都滿(mǎn)足才可以發(fā)出極波動(dòng)作信號(hào)。

2.2 適應(yīng)性分析

由1.2節(jié)的分析可知，白江混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)直流系統(tǒng)相比，最大區(qū)別在于發(fā)生正向區(qū)外故障時(shí)逆變側(cè)邊界點(diǎn)n處的折射系數(shù)，而直流線(xiàn)路F1故障或反向區(qū)外F2故障時(shí)，混合直流輸電系統(tǒng)的邊界傳播特性與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)無(wú)異。因此，本文分析正向區(qū)外F3故障情況下電壓行波保護(hù)和極波行波保護(hù)的適應(yīng)性。

同樣地，分析極波行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的適應(yīng)性。通過(guò)式(17)可知極波變化量表達(dá)式為

2.3 行波保護(hù)靈敏性分析

將白江混合系統(tǒng)與相同主回路參數(shù)的傳統(tǒng)兩端LCC-HVDC系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比以進(jìn)一步分析行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的靈敏性。

圖9 傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)正向區(qū)外故障附加網(wǎng)絡(luò)

進(jìn)一步分析兩類(lèi)行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的靈敏性。

1) 電壓行波保護(hù)

化簡(jiǎn)式(31)并消除相同項(xiàng)可得

對(duì)式(32)進(jìn)行化簡(jiǎn)可得

從式(34)可知，白江混合系統(tǒng)與傳統(tǒng)直流系統(tǒng)的電壓變化率比值在頻率3000 Hz時(shí)為1.2195，也大于1。表明相比于傳統(tǒng)直流系統(tǒng)，白江混合系統(tǒng)中電壓變化率在直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障時(shí)更加靈敏。

化簡(jiǎn)式(35)并消除相同項(xiàng)可得

對(duì)式(36)進(jìn)行化簡(jiǎn)可得

綜上表明，白江混合系統(tǒng)在直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障時(shí)電壓變化量和電壓變化率比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)更大，表明其對(duì)正向區(qū)外故障的變化更大。白江混合系統(tǒng)電流變化量比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)更小。

2) 極波行波保護(hù)

將式(5)代入式(38)，并進(jìn)行化簡(jiǎn)可得

進(jìn)一步將式(5)、式(14)、式(15)、式(25)、式(26)代入式(39)，并進(jìn)行化簡(jiǎn)后有

圖10 KΔu、KΔi、KΔP在頻率1000 ～5000 Hz區(qū)間的變化曲線(xiàn)

3 仿真驗(yàn)證

基于我國(guó)正在建設(shè)的白鶴灘-江蘇特高壓混合直流輸電系統(tǒng)工程驗(yàn)證上述理論分析的正確性。設(shè)置了直流輸電線(xiàn)路內(nèi)部故障和正向區(qū)外故障兩種工況，仿真驗(yàn)證白江混合系統(tǒng)的電壓行波和極波行波保護(hù)動(dòng)作特性。

3.1 仿真模型和參數(shù)

本文基于PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件，搭建了白鶴灘-江蘇特高壓混合直流輸電雙極系統(tǒng)。其中整流側(cè)單極采用雙12脈動(dòng)LCC；逆變側(cè)高壓側(cè)采用單12脈動(dòng)LCC、低壓側(cè)采用3個(gè)MMC并聯(lián)連接的方式?；旌现绷鬏旊娤到y(tǒng)主要參數(shù)如表2所示。參考我國(guó)某實(shí)際投運(yùn)工程，電壓行波保護(hù)中電壓變化量判據(jù)閾值取0.3 p.u.，電壓變化率判據(jù)閾值取0.14 p.u./ms，電流變化量判據(jù)閾值取為0.5 p.u.。極波保護(hù)中極波上升率的閾值取為60 kV/0.1 ms[23]，其采樣頻率為10 kHz。

3.2 白江混合系統(tǒng)

3.2.1電壓行波保護(hù)

1) 區(qū)內(nèi)故障

對(duì)電壓保護(hù)方案在混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的適應(yīng)性進(jìn)行仿真分析，仿真正極線(xiàn)路距離整流側(cè)1000 km處發(fā)生過(guò)渡電阻為50W接地故障，故障發(fā)生時(shí)間為12 s，故障持續(xù)時(shí)間為0.1 s。電壓行波保護(hù)所用電氣量變化情況及保護(hù)動(dòng)作情況仿真結(jié)果如圖11所示。

圖11 白江混合系統(tǒng)直流線(xiàn)路區(qū)內(nèi)故障電壓行波仿真結(jié)果

從圖11的仿真結(jié)果可以看出，電壓行波保護(hù)的電流變化量、電壓變化量、電壓變化率均會(huì)大于整定閾值，對(duì)3個(gè)判據(jù)大于整定值時(shí)進(jìn)行展寬，3個(gè)經(jīng)過(guò)展寬后的電壓行波保護(hù)判據(jù)同時(shí)大于整定值的時(shí)刻是12.015 s，此時(shí)行波保護(hù)發(fā)生動(dòng)作指令，即區(qū)內(nèi)1000 km處50 Ω接地故障可以被正確識(shí)別。

2) 區(qū)外故障

仿真了逆變側(cè)出口處在12 s時(shí)發(fā)生金屬性接地故障，故障持續(xù)時(shí)間為0.1 s，行波保護(hù)所用電氣量及保護(hù)動(dòng)作情況的仿真結(jié)果如圖12所示。

圖12 白江混合系統(tǒng)直流線(xiàn)路區(qū)外故障電壓行波仿真結(jié)果

由圖12可知，在逆變側(cè)發(fā)生區(qū)外故障后，3個(gè)經(jīng)過(guò)展寬后的電壓行波保護(hù)判據(jù)同時(shí)大于行波保護(hù)整定值，此時(shí)行波保護(hù)也會(huì)發(fā)生動(dòng)作指令，行波保護(hù)誤動(dòng)。

3.2.2 極波行波保護(hù)

1) 區(qū)內(nèi)故障

對(duì)極波保護(hù)方案在混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的適應(yīng)性進(jìn)行仿真，仿真正極線(xiàn)路距離整流側(cè)1000 km處發(fā)生過(guò)渡電阻為50W的接地故障，故障發(fā)生時(shí)間為12 s，故障持續(xù)時(shí)間0.1 s。極波行波保護(hù)中直流電壓、電流的故障分量，兩極的極波變化情況仿真結(jié)果如圖13所示。其中1為正極極波；2為負(fù)極極波，下同。

圖13 白江混合系統(tǒng)區(qū)內(nèi)故障極波行波仿真結(jié)果

從圖13仿真結(jié)果可以看出，在故障發(fā)生后故障極的直流電流迅速增大，直流電壓迅速減小，此時(shí)，故障極的極波也迅速增大。在12.0035 s時(shí)檢測(cè)到當(dāng)前采樣點(diǎn)與后一個(gè)采樣點(diǎn)之間的極波差值為321.2 kV/0.1 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于極波保護(hù)的閾值60 kV/ 0.1 ms，極波保護(hù)啟動(dòng)。同時(shí)，第2、5、7等3個(gè)采樣點(diǎn)極波與12.0035 s極波的差值也均大于閾值，因此，判斷直流線(xiàn)路發(fā)生接地故障。

2) 區(qū)外故障

仿真了逆變側(cè)出口處在12 s時(shí)發(fā)生金屬性接地故障，故障持續(xù)時(shí)間0.1 s，極波行波保護(hù)中直流電壓和電流、兩極極波變化情況的仿真結(jié)果如圖14所示。

從圖14仿真結(jié)果可以看出，在直流線(xiàn)路正向區(qū)外發(fā)生金屬性接地故障后，故障極的直流電流迅速增大、直流電壓迅速減小。故障極的極波在故障發(fā)生后也迅速增大，在12.0072 s時(shí)檢測(cè)到當(dāng)前采樣點(diǎn)與后一個(gè)采樣點(diǎn)之間的極波差值為61.12 kV/ 0.1 ms，大于極波閾值60 kV/0.1 ms，此時(shí)，極波保護(hù)啟動(dòng)。此后第2、5、7等3個(gè)采樣點(diǎn)的極波與12.0072 s的極波差值均大于閾值，因此，判斷直流線(xiàn)路發(fā)生了故障，極波保護(hù)發(fā)出動(dòng)作指令。

圖14 白江混合系統(tǒng)區(qū)外故障極波行波仿真結(jié)果

3.3 傳統(tǒng)直流系統(tǒng)

因傳統(tǒng)特高壓直流輸電系統(tǒng)與混合直流輸電系統(tǒng)在正向區(qū)外故障行波邊界傳播特性差異最大，因此，本文以賓金直流輸電工程為例，仿真了逆變側(cè)出口處在12 s時(shí)發(fā)生金屬性接地故障，故障持續(xù)時(shí)間為0.1 s，電壓行波保護(hù)所用電氣量及保護(hù)動(dòng)作情況的仿真結(jié)果如圖15(a)所示，極波行波保護(hù)所用電氣量仿真結(jié)果如圖15(b)所示。

圖15 傳統(tǒng)直流系統(tǒng)直流線(xiàn)路區(qū)外故障仿真結(jié)果

由圖15(a)可知，在逆變側(cè)區(qū)外故障發(fā)生后，極波行波保護(hù)中電壓變化量、電流變化量、電壓變化率均大于保護(hù)整定值，因此電壓行波保護(hù)會(huì)發(fā)出動(dòng)作指令導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。表明兩種直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下正向區(qū)外發(fā)生接地故障時(shí)電壓行波保護(hù)均會(huì)誤動(dòng)作。并且與圖10對(duì)比可以看出，白江混合系統(tǒng)電壓變化量、電壓變化率明顯大于傳統(tǒng)直流系統(tǒng)，而白江混合系統(tǒng)電流變化量小于傳統(tǒng)直流系統(tǒng)，仿真結(jié)果與理論分析一致。

從圖15(b)仿真結(jié)果可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)特高壓直流輸電系統(tǒng)，故障連續(xù)采樣點(diǎn)之間的極波差值一直小于極波保護(hù)閾值60 kV/0.1 ms。因此，傳統(tǒng)直流系統(tǒng)的極波保護(hù)可靠不動(dòng)作。然而，圖14表明，對(duì)于白江混合系統(tǒng)，直流線(xiàn)路正向區(qū)外故障后極波保護(hù)會(huì)誤判。與圖14仿真結(jié)果對(duì)比可知，白江混合系統(tǒng)極波變化量比傳統(tǒng)直流系統(tǒng)的更大，仿真結(jié)果與理論分析一致。

3.4 采樣步長(zhǎng)對(duì)行波保護(hù)的影響

為分析采樣步長(zhǎng)對(duì)行波保護(hù)的影響，仿真了采樣步長(zhǎng)為10ms和150ms的兩種情況。故障工況：直流正極線(xiàn)路距整流側(cè)1000 km處發(fā)生50W接地故障時(shí)，故障發(fā)生時(shí)間為12 s，故障持續(xù)時(shí)間為0.1 s。電壓行波保護(hù)中電壓變化量、電壓變化率和電流變化量，其仿真結(jié)果分別如圖16所示，其中圖16(a)采樣步長(zhǎng)為10ms，圖16(b)采樣步長(zhǎng)為150ms；極波行波保護(hù)的直流電壓和電流、兩極極波變化情況的仿真結(jié)果如圖17所示，其中圖17(a)采樣步長(zhǎng)為10ms，圖17(b)采樣步長(zhǎng)為150ms。

圖16 不同采樣步長(zhǎng)電壓行波仿真結(jié)果

圖17 不同采樣步長(zhǎng)極波行波仿真結(jié)果

從圖16的電壓行波保護(hù)的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)采樣步長(zhǎng)為10ms時(shí)，直流電壓變化率較大，但是當(dāng)采樣步長(zhǎng)分別為10ms和和150ms時(shí)對(duì)電壓行波保護(hù)動(dòng)作結(jié)果沒(méi)有影響。從圖17極波行波保護(hù)的仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)采樣步長(zhǎng)為10ms時(shí)的直流電壓和電流、兩極極波的波形與采樣步長(zhǎng)為100ms時(shí)完全一樣，而采樣步長(zhǎng)為150ms時(shí)的仿真波形與采樣步長(zhǎng)100ms時(shí)相比誤差較大。但3個(gè)采樣步長(zhǎng)的極波保護(hù)判據(jù)均滿(mǎn)足大于保護(hù)閾值，行波保護(hù)發(fā)生動(dòng)作指令，準(zhǔn)確判斷為直流線(xiàn)路故障。由此可見(jiàn)，采樣步長(zhǎng)為10ms、100ms、150ms時(shí)對(duì)極波行波保護(hù)判斷結(jié)果沒(méi)有影響。

4 結(jié)論

本文分析了實(shí)際工程中常用的電壓行波保護(hù)和極波行波保護(hù)對(duì)白江混合系統(tǒng)的適應(yīng)性。通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證，得到如下結(jié)論：

1) 推導(dǎo)了白江混合系統(tǒng)不同位置發(fā)生故障后整流側(cè)和逆變側(cè)的折射系數(shù)和反射系數(shù)，獲取故障電壓、電流行波在白江混合系統(tǒng)中的邊界傳播特性。

2) 對(duì)比分析了行波保護(hù)判據(jù)對(duì)白江混合系統(tǒng)和傳統(tǒng)直流系統(tǒng)兩種結(jié)構(gòu)下的變化特征。對(duì)于正向區(qū)外故障，對(duì)比了兩種結(jié)構(gòu)的電壓變化量、電壓變化率、極波變化量、極波變化率的變化情況。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)相比于傳統(tǒng)直流系統(tǒng)，白江混合系統(tǒng)在正向區(qū)外故障時(shí)變化更明顯，發(fā)生誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)增大。

3) 通過(guò)仿真進(jìn)一步驗(yàn)證了電壓行波保護(hù)和極波行波保護(hù)適應(yīng)性分析的正確性，對(duì)線(xiàn)路保護(hù)體系構(gòu)建提供一定的參考。

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Adaptability analysis of traveling wave protection for the Baihetan-Jiangsu serial hybrid LCC-MMC UHVDC transmission line

MU Dalin1, LIN Sheng1, LI Xiaopeng2, DAI Wenrui3

(1. School of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. State Grid Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610041, China; 3. Standards and Metrology Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China)

To explore the adaptability of existing traveling wave protection for the DC line to Baihetan-Jiangsu serial hybrid ultra-high voltage direct current (UHVDC) transmission system (Bai-Jiang hybrid system for short), this paper deduces the boundary propagation characteristics of the fault traveling wave at both ends of the DC line during faults inside and outside the DC line zone based on the fault additional network of the Bai-Jiang hybrid system. The analysis finds that the boundary propagation characteristics of the forward zone of the DC line faults differ from those of the conventional line commutated converter (LCC) HVDC system. The changes for the traveling wave protection criterion are analyzed, and this analysis shows that the traveling wave protection criterion is mainly affected by the reflection coefficient on the rectifier side and the refraction coefficient on the inverter side. Comparing the Bai-Jiang hybrid system with a conventional LCC-HVDC system, it is found that when a short-circuit fault occurs outside the forward zone of the DC line, the voltage change amount and change rate, the polar wave change amount and change rate of the Bai-Jiang hybrid system change more than those of the conventional LCC-HVDC system. That leads to an increased risk of false operation of the traveling wave protection. Finally, a simulation model of the Bai-Jiang hybrid system is built based on PSCAD, and the results verify the correctness of the theoretical analysis.

serial hybrid LCC-MMC UHVDC system; DC transmission line; travelling wave protection; adaptability analysis; boundary propagation characteristics

10.19783/j.cnki.pspc.220016

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51977183)

This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51977183).

2022-01-04；

2022-03-09

牟大林(1994—)，女，博士研究生，研究方向?yàn)楦邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)保護(hù)與控制；E-mail: dalin9009@163.com

林 圣(1983—)，男，通信作者，博士，教授，研究方向?yàn)榻恢绷骰炻?lián)電網(wǎng)保護(hù)與控制；E-mail: slin@swjtu.edu.cn

李小鵬(1987—)，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻恢绷骰炻?lián)電網(wǎng)故障分析與保護(hù)。E-mail:lxpbsd@163.com

(編輯 周金梅)