23517

بهبود عملكرد حفاظت ديفرانسيل جريان در سيستم‌هاي HVDC مبتني بر مبدل منبع جريان

كارشناسي ارشد

مهندسي برق-قدرت

1397

1399/12/16

دكتر صادق جمالي

مهندسي برق

با افزايش محبوبيت بكارگيري سيستم‌هاي انتقال ولتاژ بالا جريان مستقيم براي انتقال حجم وسيعي از انرژي در فواصل طولاني و مزيت‌ها آن نسبت به سيستم‌هاي انتقال جريان متناوب، حفاظت خط انتقال اين سيستم‌ها نيز به منظور تضمين انتقال انرژي به صورت مستمر، اهميت ويژه‌اي پيدا مي‌كند. از حفاظت ديفرانسيل جريان در سيستم‌هاي HVDC برخلاف سيستم‌هاي HVAC، به عنوان حفاظت پشتيبان استفاده مي‌شود. طرح‌هاي حفاظت ديفرانسيل معمول، به دليل طولاني بودن خطوط انتقال HVDC، به راحتي تحت تاثير جريان خازني توزيع شده قرار گرفته و توانايي تمايز ميان خطاهاي داخل خط انتقال و خارج از آن را در دوره‌ي گذراي خطا ندارند. به همين منظور از يك تاخير 500 تا 1100 ميلي‌ثانيه‌اي براي اين طرح‌ها استفاده مي‌شود. اگرچه طرح‌هاي حفاظتي بهبوديافته‌ي بسياري براي حفاظت ديفرانسيلي جريان سيستم‌هاي HVDC مطرح شده‌اند، اما هم‌چنان عملكرد اين‌گونه طرح‌ها نيز تحت تاثير عوامل مختلفي قرار دارند. به همين منظور در اين پايان‌نامه، سه طرح حفاظتي به منظور ايجاد تعادل ميان سرعت عملكرد و حساسيت مورد نياز براي همه‌ي انواع خطاها، مطرح شده‌اند. در طرح پيشنهادي اول با استخراج مولفه‌هاي فركانس پايين سيگنال‌هاي ولتاژ و جريان با يك فيلتر پايين‌گذر، جريان خازني توزيع شده در هر قطب با در نظر گرفتن اثر تزويج ميان دو قطب از طريق مدل پي محاسبه شده و اثر آن در طرح حفاظت ديفرانسيلي براي هر قطب لحاظ شده است. در طرح حفاظتي دوم، با بكارگيري مولفه‌هاي مدال و با توجه به رفتار جريان دو طرف خط انتقال در دوره‌ي گذراي خطا و محاسبه‌ي جريان وسط خط انتقال با تقسيم خط انتقال از وسط به دو مدل پي، يك طرح حفاظتي تركيبي معرفي شده است. در طرح پيشنهادي سوم نيز يك طرح حفاظتي ديفرانسيلي بر اساس علامت جريان ديفرانسيلي هر مد معرفي شده و از واحد بلاك به منظور عدم عملكرد اشتباه براي خطاهاي خارجي استفاده شده است. در نهايت يك سيستم انتقال HVDC ±500 كيلوولت مبتني بر مبدل جريان (CSC-HVDC) در نرم‌افزار PSCAD به منظور تاييد طرح‌ها حفاظتي مدل‌سازي شده است. نتايج شبيه‌سازي‌ها براي انواع خطاها نشان مي‌دهد كه طرح‌هاي حفاظتي بيان شده داراي خاصيت انتخاب‌گري و قابليت اطمينان بالا مي‌باشند و هم‌چنين توانايي تشخيص خطاهاي مقاومت بالا را دارند. مطابق شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته، زمان عملكرد حفاظت ديفرانسيل جريان از چند صد ميلي‌ثانيه به چند ميلي‌ثانيه كاهش يافته است. علاوه بر اين، مطالعات حساسيت و مقايسه با ساير طرح‌هاي حفاظتي بيانگر اين است كه طرح‌هاي حفاظتي بيان شده دقت و توانمندي خوبي در برابر بسياري از عوامل غيره ايده‌آل را دارا مي‌باشند.

1400/02/20

Improving Differential Current Protection for Current Source Converter HVDC Transmission Lines

3/7/2022 12:00:00 AM

Nowadays, with the increasing popularity of using high voltage direct current transmission systems to transfer large capacity of energy over long distances and its advantages over alternating current transmission systems, the protection of the transmission line of these systems to ensure continuous energy transfer become so important. Differential current protection in HVDC systems, unlike HVAC systems, is used as backup protection. Conventional differential protection schemes, due to the long HVDC transmission lines, are easily affected by the distributed capacitive current and are not able to distinguish between internal and external faults during the fault transient period. For this purpose, a delay of 500 to 1100 milliseconds is used for these schemes. Although many improved protection schemes have been proposed for the differential current protection of HVDC systems, the performance of such schemes is also affected by various factors. For this purpose, three protection schemes are proposed in order to balance the operating speed and the sensitivity required for all types of faults. In the first proposed scheme, by extracting the low frequency components of voltage and current signals with a low-pass filter, the discharged capacitive current at each pole is calculated by considering the coupling effect between the two poles through the Pi model and its effect on the differential protection scheme for each pole is taken into account. In the second protection scheme, by using the modal components and considering the current characteristic in the transient period of fault and calculating the current at the middle of the transmission line by dividing the transmission line from the middle point into two pi-models, a protection scheme is introduced. In the third proposed scheme, a differential protection design based on the differential current polarity of each mode is introduced and the block unit is used in order to prevent incorrect operation for external faults. Finally, a ± 500 kV HVDC transmission system based on current converter (CSC-HVDC) is modeled in PSCAD software to validate protection designs. The simulation results for various types of faults show that the proposed protection schemes have excellent selectivity and high reliability, as well as the ability to detect high resistance faults. According to the simulations, the operating time of the current differential protection has been reduced from a hundred milliseconds to a few milliseconds. In addition, studies of sensitivity and comparison with other schemes indicate that the proposed protection schemes have high accuracy and robustness against many other non-ideal factors.

خطوط انتقال HVDC , حفاظت ديفرانسيل جريان , جريان خازني توزيع شده , مدل پي

HVDC transmission lines , Differential current protection , Distributed capacitive current , Pi-model