基于R-L模型参数辨识的输电线路准确故障测距算法

输电线路的准确故障测距对于保障电力系统安全稳定运行具有重要的意义。该文充分利用了故障分量提供的故障信息,以模量分析与输电线路R-L模型为基础,提出了一种将故障状态网络的微分方程与故障分量网络的微分方程联立求解的单端量时域准确故障测距算法。该算法将故障距离、过渡电阻以及对侧系统的运行参数作为模型的未知参数进行求解辨识,利用数值微分代替测距方程中的一阶与二阶微分,消除了传统单端量故障测距算法中主要由于对侧系统实时运行参数未知而引起的原理性误差。该算法不受故障时系统的运行方式、网络结构以及电网频率波动影响。大量EMTP仿真表明,算法原理正确且具有较高的测距精度,在故障距离20-280km范围内测距的平均误差为0.0796％,最大测距误差小于0.173％,该误差主要来自截断误差,即用差分法计算时域连续信号的微分时所产生的误差。

带并联电抗器输电线路单相自动重合闸永久故障的识别原理研究

提出了一种基于超高压输电线路并联电抗器故障相电流特性的单相自动重合闸永久故障识别方法。输电线路发生单相故障两端跳闸后,并联电抗器故障相电流流经的回路在瞬时性故障和永久性故障下明显不同,因此利用流过并联电抗器故障相的电流与中性点小电抗器的电流的幅值比就能判别瞬时性和永久性故障,有效地解决了现有自适应重合闸判据在带并联电抗器超高压输电线路上应用难的问题。EMTP 仿真结果和试验系统录波数据都证明该识别方法能准确地区分永久和瞬时故障,有很高的可靠性,可直接应用于目前微机保护装置。

基于分布参数的同杆双回线单线故障准确测距原理

针对同杆双回线线间联系紧密,不能忽略线间分布电容对测距结果的影响,该文在同杆双回线分布参数模型下,利用相序变换后双回线反向网络图中不存在系统参数的优势,提出了一种使用单端工频电气量进行故障测距的算法,该算法从原理上解决了系统阻抗及过渡电阻对测距的影响,克服了目前同杆双回线不能精确定位的问题。该算法理论分析简单,迭代求解测距方程不存在伪根问题,ATP仿真结果表明该算法具有很高的测距精度。

交直流混联电网交流系统故障特征分析

与传统交流电网相比,交直流混联电网在故障时会产生许多新的电气特征,从而对交流系统继电保护动作行为产生不利影响。为此,以±500kV宝-德及贵-广Ⅱ直流工程为模型,在大量实时数字仿真系统(RTDS)试验的基础上,从继电保护应用的角度出发,首次系统地分析了交直流混联电网交流系统的故障特征。研究表明,故障信息中的谐波主要表现为低频分量和非整次分量,且其含量基本不随时间而衰减;由于换流器的非线性特性,使得被保护元件背侧系统正、负序阻抗的幅值和相位均不再近似相等;交流系统单一故障通常具有复故障特点,上述特征将影响选相元件、距离元件、方向元件等保护的动作性能。研究成果为适用于交直流混联电网的继电保护研制及应用提供了依据。

利用单端电流的同杆双回线准确故障定位研究

基于线路分布参数模型,提出了一种利用单端工频电流量的同杆双回线准确测距算法:通过同杆双回线解耦可以得到同向和反向分量,其中反向分量与系统参数无关,并且反向各序电流分布系数是只包含故障距离x的函数。再根据不同故障的反序电流、电压边界条件,可以给出各种双回线接地故障(单线三相故障和同名跨线故障除外)的测距算法。该算法原理上不受过渡电阻、系统阻抗、分布电容的影响。并且由于算法只利用电流量,从而不受电压互感器传变特性的影响。并从理论上证明了测距精度不受电流互感器特性的影响。测距方程求解不存在伪根,具有唯一解。仿真计算结果表明,该算法具有较高的测距精度,最大测距误差仅为0.15%,理论上能够满足高压和超高压输电线路的测距要求。

串补线路故障点位置的模型识别方法

文中提出了一种判断串补线路单相接地故障时故障点相对于串联补偿电容位置的模型识别方法,该方法通过比较不同模型计算出线路电感值的离散度来识别故障位置。将该方法和传统的距离保护相配合,可以解决传统距离保护在串补线路中超越的问题,使得距离Ⅰ段可以按全线阻抗整定,而不必考虑电容的容抗,很大程度地提高了距离Ⅰ段的灵敏度。判别过程仅利用 MOV 导通前一段时间的暂态量数据,不受 MOV 非线性特性的影响,避开了 MOV 导通后串补电容上电压准确值难以获得的问题。该方法仅利用单端电气量,无需通讯通道;数字仿真结果表明:该方法具有很好的适应性,适合于各种电压等级、各种频率的系统,线路各处故障。

基于故障测距的单相自动重合闸永久故障电压自适应补偿判据

该文提出一种基于故障测距的单相自动重合闸永久故障电压自适应补偿判据。该判据以故障点瞬时故障电压理论值为定值,由故障测距结果求出故障点实际电压,当故障点实际电压小于定值时为永久性故障,反之为瞬时性故障;考虑了由过渡电阻引起的故障测距误差对该判据的影响,给出了一种在高阻状况下测距不可靠时的解决方法。讨论了当线路侧无PT时,通过线路CT获取判据所需线路电压的原理。仿真结果表明:该判据可以准确地区分永久性和瞬时性故障,适用于110kV-220kV线路和不带并联电抗器的330kV-500kV线路。

基于频域参数识别方法的配电网单相接地故障选线

国内配电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式运行,在这种系统发生单相接地故障时,尽快选出故障线路对电网运行有重要意义。提出一种基于参数识别的频域方法进行小电流接地选线。通过矩阵束方法提取故障后零序电压和零序电流的频点信息,解决了传统离散傅里叶变换方法提取频域信号不准确的问题。提取频点信息后,利用频域方程求解线路对地电容值并进行选线。与时域参数识别方法相比,该方法对采样频率要求低、计算精度高。同时,频带分析表明该方法比传统的首容性频带滤波方式具有更宽的频带,理论上不需要滤波。经ATP-EMTP仿真和实时数字仿真器录波数据验证,该方法选线正确、有效,耐过渡电阻能力强,不受消弧线圈的影响。

Y/Δ接线变压器漏感参数的识别方法

提出一种变压器漏感的识别方法,该方法无需改变变压器Δ侧的TA配置,无需测量绕组电流,直接利用Δ侧线电流,在分相列写回路方程的基础上,消去Δ侧绕组环流的影响,利用最小二乘法识别漏感,解决了Y/Δ接线方式下三相变压器的漏感计算问题。讨论了T型等效电路模型中漏感参数的可辩识性和算法的误差,指出只有在系统处于暂态过程中,才可以有效地对漏感参数进行辩识。给出了一种提高识别算法准确性的改进方案,并对方案进行了验证。EMTP仿真结果表明,基于该算法能够正确识别各相的漏感,虽然由于模型误差可能会使结果存在偏差,但漏感的内部故障特征明显,可以用于构建超高压大容量变压器及220kV以下电力变压器的新型保护原理,具有良好的应用前景。

工频变化量距离元件特性的研究

对采取固定门槛的工频变化量距离元件的特性进行了研究,得出其保护范围随系统阻抗、负荷、可靠系数的增大而减小的结论,并指出工频变化量距离保护与自适应电流速断保护在形式上是相似的,将自适应电流速断保护判据中的短路电流置换为故障分量电流,就得到了工频变化量距离保护的判据。在分析衰减直流分量对全周傅氏算法、半周傅氏算法及R-L模型算法影响的基础上,得出R-L模型算法受衰减直流分量影响最小的结论。EMTP实际仿真数据验证了该分析的正确性。

利用过渡电阻参数识别的输电线路永久性故障确认方法

为了确定带并联电抗器输电线路单相接地故障后的熄弧时刻,提出了一种永久性故障确认方法。以单相接地故障断路器跳开后含过渡电阻支路的输电线路π型等效模型为参数辨识模型,在故障测距结果已知的情况下,通过计算过渡电阻值区分永久性故障和瞬时性故障。永久性故障情况下,所得过渡电阻值较小,瞬时性故障情况下,所得过渡电阻值很大。利用电力系统电磁暂态仿真计算(alternative transients program,ATP)软件建立线路仿真模型并进行各种故障情况下的仿真,然后通过MATLAB(matrix laboratory)编程对仿真结果进行处理,采用最小二乘法计算过渡电阻值并画出图形,分析图形可判别故障性质。与传统判据相比,该方法具有不受非周期分量和暂态谐波影响等优点,且可反映永久性故障的严重程度,并能准确判断故障点熄弧时间。大量ATP仿真验证表明,该判别方法能够快速识别故障性质,适用于单端、双端带并联电抗器输电线路的快速单相自适应重合闸。

基于线性微分方程参数识别的单端准确故障测距算法

以输电线路RL模型为基础,利用故障状态网络和故障分量网络微分方程,推导出了一种时域线性微分方程的单端准确故障测距算法。该方法将故障点后系统简化为一个电阻和一个电感,并将其与故障距离和过渡电阻统一作为待识别参数,通过求解线性方程的系数,求出4个未知参数,消除了单端故障测距的原理性误差,不需要迭代和初值,求解结果唯一。EMTP仿真表明,该方法求解简单,不受系统运行方式和电网频率变化的影响,适用于任何故障类型。

基于参数识别的高阻接地距离保护算法

为解决输电线路单相接地故障时距离保护耐过渡电阻能力不高的问题,提出一种新的具有3个系数的时域解微分方程距离保护算法。算法的核心思想是将故障点后系统等效为一个电感,通过列写故障时准确测距方程,推导出3系数的解微分方程算法。理论分析和EMTP仿真实验证明,该算法适用于中、短距离输电线路,耐过渡电阻能力高,尤其在线路末端时测距准确,在末端经高过渡电阻故障时,不存在超越问题。算法有望从根本上解决距离保护耐过渡电阻能力不高的问题,构成新型的快速距离保护。

一种反应环流电流的平行双回线保护选相元件

针对目前反应电流全量的电流平衡保护受负荷电流影响导致相继动作区大或保护拒动,以及反应故障分量的电流平衡保护故障分量提取方面的问题,基于双回线的相序变换原理,得出了环流电流故障分量与系统参数无关的结论,由此得到了平行双回线各种单线故障时环流电流的特征,进而提出了一种平行双回线单线故障的选相原理及其元件。文中提出的反应各相稳态环流电流故障分量的选相元件,不受系统参数和过渡电阻的影响,并且稳态环流电流本身就是故障分量,在整个故障期间都存在,易于提取、误差小。与电流平衡保护相比,该基于环流电流的保护在理论上能够提高平行双回线保护的性能。EMTP仿真结果表明,该选相元件能准确有效地选出故障相。

输电线路综合阻抗纵联保护新原理

提出了一种基于综合阻抗的纵联线路保护新原理。利用故障时线路两端电压相量和与电流相量和的比值,来判断线路上是否发生故障。在外部故障时,该比值反映输电线路上的容抗,其虚部为一个绝对值较大的负数;内部故障时,其虚部为正数或为绝对值较小的负数,据此可以区分线路上的内部和外部故障。新原理易整定,本身具有选相能力,不受电容电流的影响,可用于带或不带电抗器补偿的线路,抗过渡电阻能力强。EMTP仿真和动模数据验证了新原理的有效性。

基于双端电气量的串补输电线路故障测距算法

装设串补装置的输电线路,由于与串联电容并联的保护元件金属氧化物可变电阻(metal oxide varistor,MOV)的非线性,使得一般线路的故障测距方法不能直接用于串补线路的故障测距。为此,在贝瑞隆(Bergeron)线路模型下推导了利用本端电压和对端电流计算本端电流的公式,并将推导公式运用于故障测距,提出一种串补线路故障测距算法,该算法利用双端电压电流进行测距,采用分布参数时域模型,理论上不依赖串补装置的模型,不受MOV非线性的影响。利用PSCAD和Matlab进行仿真,结果表明,该算法测距精度高,且不受故障类型、故障位置和过渡电阻的影响。

Π模型时域电容电流补偿的电流差动保护研究

传统的电容电流相量补偿方法不能补偿暂态电容电流,难以满足超高压长线电流差动保护的要求。该文提出了输电线路Π模型的电容电流的时域补偿方法,利用微分方程模型对瞬时值进行补偿计算,能够有效补偿暂态和稳态电容电流。通过对该时域补偿方法和贝瑞隆线路模型法的具体分析和ATP仿真比较表明,贝瑞隆线模法在理论上能够完全补偿电容电流,但其要求采样频率高,计算量大,现有保护装置的采样速率和通道传输速率尚不能满足其要求;基于Π模型时域补偿法的差动保护适合应用短数据窗的小矢量算法,保护动作速度可提高到5ms,保护的灵敏度和选择性均有明显的提高,而且计算量小,不需要提高采样频率,不增加通信量,适合应用于现有保护装置中。

基于故障类型的零序方向元件

输电线路发生接地故障时,可能因零序电压不满足灵敏度要求,而导致零序方向元件误动或者拒动。针对上述问题,本文通过分析零序电压和故障相电压之间的相位关系,提出了一种新的基于故障类型的方向元件。当零序电压低于门槛值时,依据选相结果,该元件采用保护安装处故障前的故障相电压代替零序电压,进行零序功率方向判别。经现场故障数据验证,该元件正确、可靠,已应用于750kV线路微机保护装置。

电力系统振荡过程中序分量选相元件动作行为分析

对超高压输电线路微机保护所用序分量选相原理和防止振荡时误选相所用的不对称故障开放判据进行了较详细的介绍。对于振荡中心和单相接地故障在同一条长输电线路且两者之间有较远距离的情况 ,从不对称故障开放判据和阻抗排除法两个方面分析了造成误选相的原因。理论分析和动模试验都证实了这种误选相现象的存在 。

基于故障分量综合阻抗的输电线路纵联保护

提出了一种基于故障分量综合阻抗的纵联线路保护新原理。利用故障时线路两端故障分量电压相量和与故障分量电流相量和的比值,来判断线路上是否发生了故障。在外部故障时,该比值反映输电线路上的容抗,其模值较大;内部故障时,该比值反映系统电源阻抗和线路阻抗,其模值相对较小,据此可以区分线路上的内部和外部故障。新原理易整定,本身具有选相能力,不受电容电流的影响,可以用于带或不带电抗器补偿的线路,理论上与过渡电阻无关。EMTP仿真和动模数据验证了该原理的有效性。