基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

基于限流电抗器两侧特定频段暂态能量比的MTDC电网单端量保护方案

柔性直流输电技术有利于未来大量分布式能源接入电网,而配置快速、可靠的保护方案是柔性直流技术发展的关键。基于直流电网等效模型,提出一种基于限流电抗器两侧电压特定频段暂态能量比差异性的单端量故障区域识别方法。该方法依据贝瑞隆等效模型计算出限流电抗器两侧电压比,通过广义S变换提取限流电抗器两侧特定频段电压,根据故障时正负极限流电抗器的电压幅值差的差异性实现故障选极。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,分析出发生区内外故障时差异性明显,具备较强的耐过渡电阻与抗噪声干扰能力。

基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法

柔性直流配电技术的理论研究已经步入成熟阶段,其线路保护方法的不完备成为制约该技术发展的重要因素,尤其是以快速动作为优势的单端量保护,耐高阻能力弱、所需采样率高等问题仍待解决。为解决上述问题,文中通过分析单极对称接线系统发生金属性双极短路故障和经过渡电阻故障时限流电抗器电压特征,利用限流电抗器电压及其负变化率积聚和构造保护判据,据此提出了一种基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法。仿真结果表明,该方法能在0.5 ms内可靠识别区内故障,且耐受过渡电阻(20Ω)和噪声影响,所需采样率要求低,具有工程实用意义。

基于首行波曲率半径的交直流互联电网交流输电线路单端量保护

交直流互联电网中逆变侧交流输电线路故障特征与纯交流系统具有较大的差异性,传统交流输电线路的保护方案已经不再适用于逆变侧交流输电线路.首先,基于逆变侧交流输电线路发生区内、外故障时拓扑结构的不同,分别推导了两种情况下线模故障分量电流首行波的表达式,理论上明确了交流输电线路在发生区内、外故障时首行波波形特征的差异性.其次,采用小波变换模极大值法和Levenberg-Marquardt算法提取首行波曲率半径,构造了利用首行波曲率半径进行故障区域识别的高可靠性单端量保护方案.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流互联电网模型,使用MATLAB对保护方案进行验证.仿真结果表明:所提保护方案快速有效,可靠性高,耐受过渡电阻的能力较强,具有良好的抗噪声能力.

基于模量行波差异的柔性直流输电线路单端量保护方法

在柔性直流输电中,基于波形特征的行波保护在近端或对近端故障时易受后续行波影响,保护范围存在死区;且发生区外非金属性故障时故障处电压并非阶跃波,若以故障处电压为阶跃波开展原理研究,则也会影响保护的动作性能。针对以上问题,首先解析发生区内、外故障时故障处电压波形差异的原因,然后分析线模与零模电流之间的差异性,进一步得到反映区内、外故障的模量行波差异通项。为避免区外非金属性故障的影响,在此基础上利用不对称故障下行波的折反射特征,提出模量行波差异与折反射特征相配合的单端量保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提保护方法能有效解决近端故障下保护拒动的问题且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力,此外还避免了区外非金属故障的影响。

一种基于边界特性的高压直流输电线路单端量保护方法

分析高压直流输电线路和线路边界对高频信号的衰减作用在目前高压直流线路保护方面的影响。研究边界和线路的频率特性,针对传统基于电气量导数的行波保护耐受过渡电阻能力差的问题,提出一种基于电气量二阶微分量的单端保护方法。经过二阶微分变换后放大暂态故障分量信息,并利用边界内外的二阶微分量差异进行故障判别。在所提出的直流保护方案中,仅利用单端故障暂态信息即可实现全线路保护。在PSCAD/EMTDC中进行仿真分析,结果表明,所提出的判据能够对区内外故障进行准确识别,且该方法不受线路长度和过渡电阻的影响,可以实现全线速动。

不依赖电源特性的交流线路单端量保护

现有交流线路保护仍基于同步机电源特性,随着新能源占比不断提升、电力电子化特征更加明显,其适应边界将逐渐减小,有必要研究不依赖电源特性的继电保护新原理。文中提出了利用行波波前故障信息实现高性能保护的原理。首先,推导了交流线路故障行波波前解析表达式,指出行波波前表达式包含工频正弦项和直流衰减项。直流衰减项的指数系数仅受故障距离影响,而两代数项的幅值系数与故障严重程度有关,由此实现了行波波前故障距离、故障严重程度信息的表征与解耦。进一步,提出了基于多点消去的波前指数系数提取算法,实现了波前故障距离信息的有效提取。在此基础上,提出了交流输电线路单端量波前保护新原理,分析了串联/并联/组合型线路边界对波前指数系数的影响。仿真验证结果表明,保护能够快速、可靠、灵敏地识别交流输电线路故障,不受故障类型和过渡电阻的影响,适用于不同的新能源及电力电子装备接入场景,且运算量小,受噪声影响小。

利用暂态电流的输电线路单端量保护新原理探讨

对超高压输电线路的暂态电流波形奇异点 (突变点 )处的奇异性进行了大量的分析 ,发现区内、外故障时的暂态电流波形在突变点的奇异性由于母线杂散电容、结合设备以及阻波器等的影响而有所不同 ,利用小波多尺度边缘分析来检测并放大这一区内、外波形奇异度的差异 ,并提出利用单端故障暂态电流构成具有绝对选择性的超高速保护新原理 ,EMTP仿真证明了该原理和方法的正确性。

环状柔直配网线路的单端量保护原理

直流线路故障的快速、可靠识别是多端柔性直流配网发展面临的技术难点之一。针对模块化多电平换流器、电压源换流器共存的环状直流配网的中压直流线路,提出利用附加电感电压的故障识别方法。首先,提出基于模量网络的故障后线路附加电感电压初始值计算方法。其次,利用线路附加电感电压初始值在区内、外故障时的差异,实现故障的快速识别;并利用故障极和非故障极上电感电压初始值的差异进行选极。该方案采用单端电气量快速、准确识别故障,无需通信,可靠性高。最后,在PSCAD/ETMDC平台搭建仿真模型,验证所提计算方法的正确性和保护方案的可行性。

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

基于首行波主频分量的柔性直流输电线路单端量行波保护

基于传统柔性直流输电线路行波保护存在耐过渡电阻能力不足,保护整定缺乏依据的问题。该文首先分析区内、外故障保护安装处首行波频率分量的衰减特征,揭示区内故障首行波频率分量衰减规律,区内、外故障首行波频率分量衰减差异性。然后,深入分析保护安装处故障首行波解析式,增强高频分量在能量计算中的影响,构造出能够反映故障位置和线路边界衰减特性的首行波主频分量。首行波主频分量解析式表明主频分量随故障距离增加而减小,区内、外故障首行波主频分量存在显著差异。在此基础上,提出一种基于首行波主频分量衰减特征的单端量行波保护方法,该方法充分利用了首行波全频段信息,原理上不受过渡电阻的影响且主频分量解析式也为保护阈值整定提供了理论依据。仿真结果表明所提保护方案能够快速准确识别区内、外故障,首行波主频分量能有效反映故障位置,整定简单易行,耐过渡电阻能力较强,在不同网络拓扑结构下具有较强的适应性。

基于综合序分量的柔性直流交流送出线路单相接地距离保护

在柔性直流换流器故障电流相位受控特性的影响下,传统距离保护在柔性直流交流送出线路发生单相经过渡电阻接地故障后易出现不正确动作行为。文中分析了柔性直流交流送出线路单相接地故障时的电气量分布规律,利用柔性直流交流送出线路单相接地故障期间换流站侧负序电流受抑制的新特征,提出一种基于综合序分量的新型单相接地距离保护。所提保护方案从理论上消除了过渡电阻的影响,可基于单端量准确计算故障位置。此外,该保护也适用于柔性直流并网于弱系统场景。最后,通过仿真验证了所提保护方案的有效性。

基于反射系数和模型匹配的柔性直流电网单端量线路保护

针对柔性直流电网线路保护区内远端高阻故障拒动、雷击干扰误动的问题,提出一种基于反射系数和模型匹配的单端量线路保护。首先,根据电压行波反射系数构成方向判据,避免反方向故障或雷击下保护误动;其次,利用电压行波传递函数解析区内短路故障,以及正方向区外故障或正方向雷击下保护处故障电压首行波满足的函数模型,根据故障首行波与基准函数模型之间匹配程度的不同,设计了一种基于模型匹配的识别判据;然后,结合启动判据和选极判据形成完整的单端量线路保护方案;最后,PSCAD仿真结果验证了所提保护方案可靠性高,能耐受500Ω过渡电阻和20 dB噪声。

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。

利用磁环构造配电线路边界的单端量全线速动保护(1):磁环边界特性及模型

针对含多换流器配电网灵活多变拓扑结构导致的单端量保护配合难等问题,提出了利用铁氧体磁环构造线路边界的单端暂态量全线速动保护方案。该文首先介绍了铁氧体磁环的特性,在此基础上对磁环的阻抗特性进行了测试,测试结果表明磁环工频和直流下阻抗很小但高频下阻抗较大,所以充当线路边界时具有不影响系统正常运行的优点;提出了磁环的宽频建模方法,具体包括磁环阻抗频变参数的拟合、电路综合方法以及饱和特性的模拟,最后给出了不同尺寸和磁环个数下仿真模型的参数修正方法。实验和仿真结果的对比验证了所建等效模型的有效性,为后续的理论分析和仿真验证奠定了基础。

基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现:发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。

基于测量电压弗雷歇距离的柔性直流配电线路保护

多端柔性直流配电系统发展迅速,在新能源接入方面有明显优势,但故障的快速、可靠识别是其发展面临的难点之一。针对多端柔性直流配电线路高阻故障特征不明显、保护难以识别的问题,文中通过分析换流站闭锁前的暂态电压故障特性,提出一种基于测量电压弗雷歇距离的柔性直流配电线路单端量保护方案。首先,基于正、负极测量电压和电流暂态变化率构造保护启动判据;其次,通过正、负极测量电压变化率区分单、双极故障;最后,利用单、双极测量电压弗雷歇距离构造积分识别单、双极区内外故障,并根据正极测量电压变化率对单极故障进行选极。经PSCAD/EMTDC仿真结果表明,此方案能同时满足保护对速动性和灵敏性的要求,且具备良好的耐过渡电阻能力,不受线路分布电容的影响。

基于交叉重叠差分变换的柔性直流单端保护方案

对多端柔性直流电网直流侧线路高阻故障时可靠性不足的问题,提出一种基于交叉重叠差分变换的单端量保护方案。由故障分析可知,直流线路发生区内故障时线模电压故障分量波形变化陡峭、幅值较大;区外故障时波形变化平缓、幅值较小。为进一步扩大区内外故障特征的差异,采用交叉重叠差分对线模电压故障分量进行变换,利用变换后的值构建故障识别判据;利用故障极线路和非故障极线路电流故障分量的差异,计算正负极电流故障分量积分值的比值实现故障选极。保护方案仅利用单端电气量即可实现故障识别与故障选极。仿真结果表明,该方案能快速可靠识别区内外故障,且具有较强的耐过渡电阻和抗噪声能力。

利用小波分析实现EHV输电线路单端量暂态保护的研究

介绍了连续小波变换定义、基于多分辨分析的Mallat快速小波分解算法。基于超高压 (EHV)输电线路故障暂态电流的特点和暂态保护的基本原理 ,充分利用小波分析的时频局部化特点 ,建立了基于小波分析的暂态保护启动判据和跳闸判据。借助EMTDC仿真分析软件 ,研究了一实际电网EHV输电线路故障电弧特点和在不同故障条件下保护判据的有效性。结果表明 ,基于小波分析的暂态保护方案是可行的。