柔性低频输电系统的故障分量特征及保护适用性分析

柔性低频输电系统由于运行频率的改变以及柔性低频换流站的控制机理,其故障特征以及对保护原理的影响较为复杂。为了分析故障分量保护原理在柔性低频输电系统中的适用性问题,基于柔性低频换流站的控制架构,建立了以故障限流为故障控制策略的双端型低频输电模型。计及该系统线路发生三相故障的控制特性,分析了不同情况下的低频故障分量阻抗特性,并推导出低频等值阻抗的量化计算式,进而从理论上分析其对传统故障分量保护元件的影响机理。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了双端低频输电测试模型对理论分析进行仿真验证。研究结果表明:柔性低频输电系统在一定故障条件下可造成故障分量保护范围缩小,甚至使得保护元件完全失效,研究结果对于低频系统继电保护研究的开展具有一定的参考作用。

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。

基于行波解析分析的柔性直流输电线路故障智能检测方法

故障数据匮乏是制约数据驱动故障检测方法应用的重要原因,为解决这一问题,提出一种基于行波解析分析的柔直输电线路故障智能检测方法。根据行波表达式生成训练样本,有效表达区内、外故障行波具有的主要特征。通过构造多层感知器(multi-layer perception,MLP)模型建立该行波特征与故障位置之间的映射关系,进而输出故障检测结果。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双端柔直系统模型,生成仿真样本,对训练后的智能检测模型进行测试。结果表明:该方法不依赖于大量历史故障数据,基于行波解析表达式这一继电保护领域知识提取行波特征,即可准确识别直流线路的区内外故障,并且具有较强的耐受过渡电阻能力,为解决传统模型受制于历史故障数据问题提供了一种可行思路。

基于SWLSTM-Stacking集成学习的源荷区间预测方法

针对光伏出力和电动汽车充电特性的随机特性对电力系统的冲击不断增强,准确及时的源荷预测是实现增强电力系统适应性和稳定性的重要课题。因此,提出一种基于共享权重长短期记忆网络(shared weight long short-term networks,SWLSTM)与Stacking集成模型相结合的源荷区间预测方法。首先,光伏出力存在时序性特征,采用局部线性嵌入改进k-means算法聚类提取特征日,在实现数据降维同时,减少了网络训练难度;其次,在Stacking集成模型的框架下,将SWLSTM作为元学习器,并通过Q统计量筛选合适的基学习器模型,从而实现多模型融合的多异学习器Stacking集成学习的源荷预测;紧接着,为了得到预测的不确定信息,引入置信度区间预测;最后,采用实测数据对本文所提方法进行验证。结果表明改进k-means算法能够降低其求解难度,加快求解速度,可以快速获取聚类特征;所引入集成学习模型和置信度区间,有效表征源荷预测的不确定性,提升区间预测模型的泛化能力。

基于暂态信息的馈线零序电流互感器极性辨识

零序CT存在异常影响继电保护装置的正确动作,现有判断零序CT极性接反的方法大多基于故障性质,即无法预防CT极性接反而引起的继电保护不正确动作。建立中压配电网系统简化数学模型,通过分析母线三相补偿电容器组不同时投入引起的暂态零序冲击过程,挖掘其零序电气量与零序CT正确极性的关联特征;基于该关联特征提出基于暂态零序冲击的零序CT极性辨识判据,并利用小波变换模极大值捕捉并计算母线三相补偿电容器组不同时投入时的母线零序电压变化量和各馈线零序电流变化量,结合所提判据对零序CT极性进行辨识;最后采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建中压配电网系统仿真模型,模拟母线三相补偿电容器组投入的不同情况,对所提辨识方法进行验证。

基于概率预测与随机响应面法的新能源孤岛配电网实时风险评估与调控策略

高比例分布式电源的不确定性给孤岛配电网的稳定运行带来了的巨大的挑战。针对基于传统分布模型的源荷短期预测存在尖峰和重尾的缺点,采用双向长短时记忆(bidirectional long and short-term memory,BiLSTM)神经网络与非参数核密度法(kernel density method,KDE)结合的方法,构建了多场景及不同时间尺度下源荷预测误差的分布模型;并在此基础上,系统多时段运行调控过程中,考虑短时气象的不确定性波动,采用混合整数二阶锥规划(mixed-integer second-order cone programming,MISOCP)对潮流模型进行松弛,并由随机响应面(stochastic response surface,SRSM)得到系统的概率潮流;基于随机响应面法改进Sobol’法,建立计及源荷不确定性的孤岛配电网运行风险的全局灵敏度分析模型。基于此提出一种基于Bi LSTM-SRSM法的风险实时风险评估及调控策略。最后,采用IEEE33节点的辐射型配电网系统验证了所提方法的可行性。

基于相量–时间三维曲线特性的同塔双回输电线路参数自适应故障测距频域法

考虑到故障后可用数据窗缩短使故障暂态分量影响难以完全消除,以及线路参数在实际运行中的不确定变化,提出一种基于相量–时间三维曲线特性的同塔双回输电线路参数自适应故障测距频域法。利用随数据窗推移的离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)输出的相量–时间特征,保留衰减直流产生的衰减偏置相量,构建补偿电压差值的相量–时间三维曲线观测模型,曲线特征在线路参数准确与偏离、观测点落于与偏离故障点时均存在显著差异。基于这种特征差异,采用非线性最小二乘法对补偿电压差时间序列样本进行曲线拟合,并利用拟合优度指标评估样本分布与准确参数估计和故障距离的三维曲线的相符程度,将线路参数估计与故障测距问题转化为拟合优度的优化问题。仿真验证表明,所提故障测距算法具有较高的测距精度。

基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法

针对现有直流线路差动保护速动性不足、双端数据需要严格同步的问题,以三端混合高压直流输电系统为对象,在S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析,发现利用S域功率差特征可以有效识别区内外故障,并实现故障区域的准确定位;在此基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;进而提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,该方案能在4 ms/10 kHz的时间窗内正确识别区内故障和故障区域,并具有故障选极的特性,无需双端数据严格同步,且具有较高的可靠性、灵敏性及抗干扰能力。

计及换流站控制响应的多端混合直流线路后备保护设计

多端混合直流系统故障暂态过程受直流控制响应的影响较大,针对其线路故障特征的分析和保护原理的研究,应当充分计及直流控制特性的影响。为此,根据多端混合直流系统的特点,计及故障后不同换流站的控制响应过程,对其直流线路故障暂态电流的变化趋势关系进行研究分析。并基于此提出了基于滑窗均值电流的多端混合直流线路区内、区外故障识别判据,给出了具体的保护方案。通过PSCAD/EMTDC对所提保护方案的可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提方案能够可靠识别包含T接汇流母线在内的各种直流线路故障,天然具有故障选极能力,耐受故障过渡电阻能力和抗噪声干扰能力强,且无需数据同步,可作为多端混合直流线路的快速后备保护。

基于故障电压反行波拟合残差的柔性直流线路单端行波保护

为解决柔性直流线路保护在灵敏性和速动性上所面临的问题,该文从故障行波时域波形差异的角度出发,对柔性直流电网线路故障反行波的波形特性进行数学解析,得到区内、外故障下故障电压反行波时域表达式的差异;为提取区内外故障行波波形的特征差异,利用列文伯格–马夸尔特法(Levenberg-Marquardt)以区外故障表达式作为标准波形进行数据拟合,进而提出了一种基于故障电压反行波拟合残差大小的柔性直流线路单端行波保护方案;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真验证,表明该方案能在1ms/20kHz的数据窗内快速正确地识别直流线路所有故障,具有较高的速动性、灵敏性和可靠性,且在噪声干扰以及限流电抗器值较小时都具有较强的鲁棒性。

计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法

精确的故障暂态计算是多端混合直流输电系统参数设计及其控制保护策略研究的基础。为此,该文计及不同换流站的控制特性,提出一种适用于多端混合直流输电系统的故障暂态解析计算方法。首先,分别构造考虑LCC整流站和MMC逆变站控制系统的复频域等值模型,建立计及直流架空线路频变特性的分布参数模型,推导多端混合直流系统的节点阻抗矩阵。在此基础上,计算故障节点电压和故障支路电流的复频域值,再利用拉氏反变换获得电压和电流的时域值。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建三端混合直流输电系统模型,对所提故障计算方法的准确性和快速性进行仿真验证。

基于谐波信号注入的含逆变型分布式电源配电网电流差动保护

随着逆变型分布式电源(IIDG)高比例、灵活接入,传统的保护原理逐渐难以满足配电网的安全运行要求。与此同时,基于电力电子设备的主动探测思想提供了新思路。为此,充分利用电压源换流器的可控性,提出了适用于IIDG的谐波信号主动注入方法及其控制参数选取原则。然后,分析含T接IIDG配电网在区内外故障后所呈现的谐波电流故障特征,并揭示T接负荷分支对上述特征的影响规律,进而提出了一种基于谐波信号主动注入的含高比例IIDG配电网电流差动保护方案。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法的动作性能。测试结果表明,当存在T接分支时,所提方法仍能有效识别区内外故障,且无需额外的信号注入设备,经济性较好。

基于工频变化量的含逆变型分布式电源不平衡配电网故障分析方法

由于逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)输出具有非线性特征,配电网常规的故障分析方法难以揭示故障后工频变化量的特性,而网络参数的不平衡更增加了分析难度。为此,首先建立IIDG的故障工频变化量等值模型,并分析其特性规律;然后,针对不平衡网络,通过并联补偿电流源的方式建立不平衡元件的序分量等值模型,进而提出一种计及脱网时序、基于序网络迭代修正的含IIDG不平衡配电网故障工频变化量计算方法;最后,基于PSCAD/EMTDC对所提算法进行仿真验证。仿真结果表明所提算法可准确、快速地求解含IIDG不平衡配电网故障后的工频变化量(幅值最大相对误差小于1%),可用于基于工频变化量故障特征的继电保护原理研究与性能分析。

柔性互联配电网故障恢复的云边协同优化算法

柔性互联配电网是未来新型配电网的新发展方向,系统对故障恢复策略及其算法提出了更高的响应速度要求。为提升配电网故障恢复优化算法的响应速度,以柔性互联设备为网络边界,采用云边协同技术,在遵循云边端网络架构的约束下,将健全边缘网络的最优潮流计算前移到配电网正常运行时,采用定时或阈值触发扫描计算并拟合边缘网络最优运行指标与网间交互功率的分段线性关联函数,从而提出基于边缘网络前置预计算的柔性互联配电网故障恢复优化算法及其云边协同调控逻辑。由于各边缘网络的优化计算前置到正常时,且优化模型被限制在边缘网络内,优化模型维度被有效限制,配电网故障恢复算法的响应速度得到提高。算例分析与对比验证表明,所提方法准确且计算效率高。

保测合智纵向集成的智能变电站过程网故障诊断与定位方法

在城市变电站小型化的要求下,保测合智纵向集成的智能变电站成为新趋势,而过程网是智能变电站实时信息的交互中心,准确快速地诊断与定位过程网故障能及时排除二次系统隐患,保障变电站的安全可靠运行。为此,以某110kV智能变电站为对象,针对保测合智纵向集成的智能变电站过程网的故障诊断与定位方法开展研究,根据信源/信宿矩阵、端口物理/逻辑联接矩阵,构建保测合智纵向集成的智能变电站IED的端口报文信息传输链条模型;并基于此,针对不同类型的过程网络故障类型分析了基于SV或GOOSE报文异常告警信息的过程网络故障特征,从而形成过程网络的异常故障类型辨识与故障定位判据,最终提出了一种保测合智纵向集成的智能变电站过程网的故障诊断与定位方法,为保测合智纵向集成的智能变电站过程网实时信息传输链条模型的构建提供了方法。

双端不同步线路参数自适应时频域故障测距算法

故障测距时域法所需时间窗短,能弥补频域法的不足,但考虑线路参数不确定及双端不同步影响时,其精度和稳定性偏低。利用故障前正常状态的稳态工频相量,建立含双端不同步时间差和线路工频参数的自适应观测方程,利用粒子群优化—最小二乘混合算法求解;建立Bergeron模型的故障测距时域观测方程,应用粒子群优化算法求解,实现双端数据不同步及参数自适应的时频域故障测距。通过建立1000kV特高压输电系统模型进行全面仿真验证,结果表明,所提出的故障测距方案能在较短时间窗内实现准确故障测距,且不受线路参数变化及两端数据不同步的影响。

基于行波相位特性的三端混合直流线路行波保护原理

三端混合直流线路的汇流母线连接两段不同参数的线路和换流站,因此故障行波传播至汇流母线时将产生折射和畸变,对现有行波保护原理造成影响。为此,考虑三端混合直流系统中换流站通过汇流母线并联接入的特殊结构,推导线路区内外故障时行波的复域表达式,分析线路区内外不同过渡电阻故障时的行波相位特性,进而基于Morlet小波相位构建了一套具有较强耐受过渡电阻性能的三端混合直流线路保护方案。基于PSCAD的大量时域仿真实验,验证了所提保护方案的正确性和耐受过渡电阻性能。

基于电位系数矩阵的同塔双回直流输电线路故障选线方法

围绕同塔双回直流输电线路的故障分析与故障选线方法,基于麦克斯韦静电耦合理论,根据线路与杆塔的详细参数,考虑架空地线分段接地的特点及近端故障时滤波电容的影响,推算同塔双回直流输电线路的电位系统矩阵,并通过相模变换将线间静电不平衡耦合转换为线路各模量的电压变化量。进一步考虑地模与线模电压行波的传播特性差异,通过定义模电压变化比率以消除过渡电阻的影响,从而提出一种同塔双回直流输电线路的定量故障分析方法。基于所述故障分析方法,根据不同故障的边界条件进行特征分析,提出故障选线判据和定值整定方法。利用PSCAD/EMTDC构建同塔双回直流输电系统模型,通过全面的故障仿真分析,验证了所述方法的正确性,结果表明该故障选线方法不受过渡电阻的影响,能准确、灵敏地判定各种复杂故障类型。

消除暂态过程影响的滤波算法及其在故障测距中的应用

电力系统故障暂态过程中,电压、电流信号包含着衰减直流等暂态分量,这必然对故障暂态过程电气量的获取精度产生影响。通过构建精确求解基频及整次谐波分量的非线性方程以及将其转化为线性方程进行求解,并针对离散化积分引入的误差进行修正,提出一种能完全滤除衰减直流分量的高精度、高稳定的滤波算法。通过对各种典型信号及幅频特性的分析,验证了该算法计算精度高、稳定性好,且对非整次谐波等故障暂态分量具有较强的抗干扰能力和抑制作用,其在故障测距中的应用表明该算法能有效提高故障暂态过程中的测距精度。

基于二次变异改进生物地理学优化算法的限流器配置方法

针对开关型限流器的优化配置问题,为准确评估限流器动作后的限制效果,建立了断路器的最大开断电流与限流器配置的数学关联模型,在此基础上以各支路两侧安装限流器的电抗值为优化变量,以区域电网配置限流器的单位成本限流效果最大化为优化目标,以母线短路电流、断路器最大开断电流以及单个限流器的限流电抗为约束条件,建立限流器优化配置模型。以余弦迁移模型和柯西变异的生物地理学优化(BBO)算法为基础,并针对优化变量中相邻维度对适应度函数影响相近的特点,在算法中引入相邻维度间的二次变异操作,提出了基于适用于限流器优化配置的二次变异改进BBO算法。以某500 kV区域电网为例,进行限流器优化配置;为了验证所提改进BBO算法的优化性能,运用多个不同优化算法对限流器优化配置模型进行求解,优化结果表明,改进BBO算法具有较好的收敛速度、稳定性以及寻优能力。