25258

حفاظت خطوط انتقال در شبكههاي HVDC چند پايانه مبتني بر مبدل منبع ولتاژ

دكترا

مهندسي برق گرايش قدرت

1393

اسفند 1399

دكتر صادق جمالي

دكتر ماريان پوپوف - دكتر زو لي يو

مهندسي برق

تحقيقات نشان داده است كه ايجاد و تكامل شبكههاي HVDC چند پايانه مبتني بر مبدل منبع ولتاژ ميتواند مناسبترين گزينه براي افزايش سهم منابع انرژي تجديدپذير در سيستم قدرت آينده باشد. مشكلات فني مختلفي در ارتباط با اين نوع شبكه نوظهور وجود دارد كه مساله حفاظت و قطع جريان خطاي DC شامل تشخيص، مكانيابي و پاكسازي خطا در زماني در حدود چند ميليثانيه يكي از چالشبرانگيزترين اين موارد ميباشد. در بخش اول اين رساله، اصول و راهبردهاي حفاظت شبكه MTDC مورد بررسي قرار ميگيرد و دو روش حفاظت غير واحد مبتني بر اثر اندوكتانس سري خط در بازتاب و عبور امواج سيار خطا براي حفاظت از خطوط انتقال كابلي و هوايي در شبكه MTDC ارائه ميگردد. روش اول كه از دامنه امواج سيار ولتاژ قطب اندازهگيري شده با استفاده از گراديان مورفولوژي بهره ميبرد، جهت حفاظت از خطوط انتقال كابلي و هوايي با طول متوسط به كار ميرود. روش دوم كه براي حفاظت از خطوط انتقال كابلي و هوايي با طول زياد به كار ميرود، از دامنه و جهت نسبي پيشاني امواج سيار ولتاژ و جريان مود خط اندازهگيري شده به وسيله گراديان مورفولوژي چندسطحي استفاده ميكند. در بخش دوم، يك مدل دقيق براي مدارشكن DC جريان تشديدي مبتني بر مبدل منبع ولتاژ ارائه و اعتبار اين مدل با مقايسه نتايج شبيهسازي آن با نتايج تست انجام شده بر روي يك نمونه واقعي تأييد ميشود. سپس با استفاده از اين مدل، مطالعات و شبيهسازي لازم جهت ساخت يك مدارشكن ماژولار با ولتاژ عملكرد بالا جهت كاربرد در شبكه MTDC انجام ميشود. افزون براين، يك مدل شبيهسازي زمان واقعي براي كاربرد در تست مبتني بر شبيهسازي زمان واقعي سيستم حفاظت براي اين نوع مدارشكن پيشنهاد ميشود. در بخش سوم، با در نظر گرفتن ويژگيها، اصول و نيازمنديهاي عملكرد سيستم حفاظت شبكه MTDC ، دستورالعملي براي تست مبتني بر شبيهسازي زمان واقعي سيستم حفاظت شبكه MTDC ارائه ميگردد. در اين دستورالعمل، نيازمنديهاي عملكرد سيستم حفاظت شامل سرعت، حساسيت، انتخابگري، قابليت اطمينان، انسجام و استقامت با اعمال روش تحليل آماري بر نتايج تست بهصورت كمي مورد ارزيابي قرار ميگيرد.

1400/07/07

Protection of Transmission Lines in VSC-based Multi-terminal HVDC Grids

3/20/2022 12:00:00 AM

In the first part of this dissertation, the principles and strategies of MTDC grid protection are addressed. Then, two non-unit protection methods based on the effect of line end series inductor on the reflection and transmission of fault travelling waves are proposed to protect cable and overhead transmission lines in MTDC grid. The first method, which uses the amplitude of the pole voltage travelling wave measured using morphological gradient, is applied to protect medium-length cable and overhead transmission lines. The second method, which is applied to protect long cable and overhead transmission lines, uses amplitude and relative direction of both pole voltage and line mode current travelling wave fronts measured using multilevel morphological gradient. In the second part of the dissertation, an accurate system level model is presented for voltage source converter assisted resonant current DC circuit breaker, and validity of the model is confirmed by comparing simulation results of the model and experimental results obtained from a real prototype of the DC circuit breaker. Then, the necessary studies and simulations to realize a high voltage modular DC circuit breaker applicable in MTDC grid are performed using the presented model. Moreover, a real-time simulation model for this type of DC circuit breaker is developed in order to be used for real-time simulation based testing of MTDC grid protection system. In the third part of the dissertation, considering the characteristics, principles and performance requirements of MTDC grid protection system, a systematic test procedure is proposed for real-time simulation based testing of MTDC grid protection system. In the proposed test procedure, the functional requirements of the protection system including speed, sensitivity, selectivity, reliability, robustness and seamlessness are quantitatively evaluated by applying statistical analysis to test results.

شبكه MTDC ، خطوط كابلي و هوايي، حفاظت خط انتقال، مدارشكن DC ، تست سيستم حفاظت

MTDC grid, Cable and overhead lines, Transmission line protection, DC circuit breaker, DC protection system testing