±800kV特高压直流线路故障选极的极波面积比值法

直流系统一般是双极并列运行,一极线路发生故障时可能会在健全极线路上产生较大的电压变化率和电流变化率,启动判据可能会启动,需正确选择故障极。为此,分析了直流线路的故障特征,分析发现,当直流线路发生故障时,故障极的极波波形远离于零轴,非故障极的极波波形在零轴附近变化,因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值。根据这一特征,提出了一种利用正、负极线极波波形面积比值的特高压直流输电线路故障选极方法。大量数字仿真试验结果表明,该方法抗干扰能力强、对高阻故障具有较强的鲁棒性。

一种利用衰减非周期分量的UHVDC线路故障选极元件

针对一极线路遭受故障时,另一极线路会耦合到很大的电压突变率和电流变化率,甚至可能引起健全极线路的保护动作的问题,提出一种利用衰减非周期分量的UHVDC线路故障选极元件。对特高压直流输电线路故障暂态特征时域和频域的分析发现,直流线路整流侧保护测量处故障极的衰减非周期分量大于非故障极的衰减非周期分量,由此构成UHVDC故障选极判据。通过小波变换分解两极线路故障电流,并在频带0~20Hz进行重构以提取故障电流的衰减非周期分量,根据两极线路衰减非周期分量能量的比值进行故障选极。大量的仿真结果表明,该方法对于不同的故障位置、过渡电阻以及故障类型来说具有较强的鲁棒性,在各种工况下均能可靠快速地选出故障极,不受数据同步的影响,门槛值易整定,具有工程现场意义。

具备故障选极能力的高压直流输电线路差动保护新原理

为解决传统高压直流输电线路差动保护无法快速响应区内故障的难题,该文提出一种具备故障选极能力的新型差动保护方案。直流线路两端测量电压、电流经过合适截止频率的低通滤波器处理后,沿线电压可近似视为线性分布。利用线性分布电压计算沿线分布电容电流并对其补偿后,提出一种新型直流线路差动保护方案;进一步降低滤波器截止频率,分布电容电流将减小至可被忽略,因而可通过比较滤波后两极差流选出故障极。采用云广±800kV高压直流输电系统仿真模型对保护新原理进行验证,大量仿真结果表明,在不同故障情况下,新保护方案均能快速、准确地区分区内外故障并选出故障极,并且在高阻接地故障时仍具有较高的灵敏度。

伪双极接线不同接地方式下直流配电线路故障选极方案

交直流混合电网的系统结构有利于接入分布式能源及直流负荷,是未来电网研究与发展的方向。目前对于交直流混合电网接地方式及不同接地方式对配网的影响探讨较少,较多研究基于单一接地方式的系统展开。建立了直流配网模型,在研究直流侧接地方式对故障特性影响的基础上,详细研究了直流系统故障后的选极方法。通过分析直流线路限流电抗器两端暂态电气特性,针对不同的接地方式,提出了具有针对性的故障选极方案:在电容中点经小电阻接地方式下,选取基于暂态能量差的选极方案;在电容中点经大电阻接地方式和直流出口并联大电阻中点接地方式下,选取基于暂态能量比的选极方案。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了所提出的选极方案具有良好的可靠性和灵敏性,且具有较强的抗过渡电阻能力。

高压直流输电线路雷击故障仿真与故障选极方案

高压直流输电线路极线间的电磁耦合,在雷击情况下特别明显。一极发生故障将同时在健全极线上感应出暂态电气量,有可能造成健全极线路保护误动,从而导致单极故障时双极停运,影响送端电网和受端电网的安全稳定运行。本文在对雷击暂态仿真方法进行研究分析的基础上,以±660kV高压直流输电线路为例,利用PSCAD暂态仿真软件建立了雷击暂态仿真模型,分析了雷电流幅值对直流输电线路绝缘的影响。为避免雷击故障后非故障极的线路保护误动,提出了基于电压突变量积分值及其比值的单端故障选极判据。

基于人工神经网络的架空柔性直流电网故障检测方法

快速可靠的故障保护方案是架空柔直电网在发展过程中所面临的一大技术挑战。针对现有故障检测方法存在阈值选取困难、对高阻故障不灵敏、故障选极等功能不完善、检测时间长的问题,提出基于人工神经网络(artificialneural network,ANN)的架空柔直电网快速故障检测方法。首先,通过快速傅里叶变换分析暂态电压的频率特性,并利用小波变换和相模变换提取故障特征量,得到ANN的输入数据;然后,通过大量离线仿真数据对ANN的隐藏层单元进行训练;从而根据ANN的输出结果实现母线故障与线路故障的检测,并给直流断路器下发开断指令。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建了四端MMC直流电网的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证所提方法在故障识别、故障选极方面的有效性。

含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究

对于配置直流断路器的架空柔性直流电网,快速可靠的直流故障检测是主要技术瓶颈之一。该文利用小波变换提取故障时刻高频暂态电压分量,基于区内外暂态能量差异提出故障识别方法;根据正负极电压变化量差异提出故障极判别方法;设计含故障启动、故障识别、故障选极和直流断路器多次重合闸判据的线路保护方案。该方案通过测量本地电气量实现全线路保护,无需通信,具备较强的耐受过渡电阻和抗扰动能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端架空柔性直流电网模型,仿真分析保护整定值的选取方法,并通过大量算例证明所设计线路保护方案的快速性和可靠性。

基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法

为检测柔直电网直流故障,需利用线路两侧的限流电抗器所提供的边界条件来设计故障保护算法。现有基于电抗器电压的保护方案存在易受过渡电阻影响、无法识别接地故障、可靠性差等问题,因此该文提出一种基于电抗器电压差异性的架空柔直电网故障保护方案。该方案利用正负极电抗器电压幅值的差异性进行故障选极;利用正负极电抗器电压之和进行故障检测。由于该方案综合了正负极电抗器电压的故障特性,因此区内外故障差异性明显,具有较强的耐过渡电阻能力;采用积分法构造判据,该方法抗噪声能力强;可靠性高,不受交流故障、断路器动作和运行方式的影响;仅使用本地测量量,故障检测时间快,满足速动性要求。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建了四端MMC直流电网的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证了所提方法在故障识别、故障选极方面的有效性,并从不同角度对多种保护方案进行了对比。

基于深度置信网络的交直流配电网直流故障检测技术

随着多源交直流配电网的发展,其直流故障检测技术已成为直流保护的关键。针对直流部分发生配电线路故障时故障电流大且上升迅速以及故障特征不易提取的特点,文中提出一种结合时域和频域特征提取的基于深度置信网络(deep belief network,DBN)的交直流配电网故障检测技术。通过对故障等效回路进行特征分析,分别利用傅里叶变换和相模变换提取故障电流、电压信号的频域和时域特征作为DBN的输入,并使用Softmax分类器输出故障选极和故障区域识别结果。在PSCAD上搭建交直流配电网模型对算法进行测试,仿真结果表明,所提检测方法在线路分布电容和控制策略的影响下依然具有很高的准确性,且有很强的耐受噪声能力,同时进一步的算法对比实验说明故障特征提取和深度学习模型训练相结合能够完成交直流配电网复杂直流故障的检测。

考虑极间互感影响的高压直流输电线路双端电流积聚量保护

传统的高压直流输电线路保护存在受极间互感影响非故障极线路保护易误动等问题。该文分析考虑极间互感影响的电流特征,利用楞次定律分析并通过直流系统等值网络进一步验证得出,线路末端单极故障时,非故障极线路的感应电流最大;双极故障时,故障电流大于同一位置的单极故障。以此为基础,利用两极突变电流积聚量幅值之比构造选极判据,利用双端的突变电流积聚量构造双极故障保护判据,其中对端量的助增作用可有效应对转换性故障。在保持原有保护主判据不变的情况下,选极判据和双极故障保护判据经"或"门逻辑构成双端电流积聚量保护。仿真结果表明,双端电流积聚量保护在单极故障时准确选择故障极,双极故障时速动性高,可有效应对转换性故障,且动作性能不受不对称运行方式、不同输送功率水平影响。

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。

基于故障功率失衡度的多端直流配电网保护研究

针对多端直流配电网保护设计复杂、整定多样等问题,提出一种基于故障功率失衡度的直流配电网保护方法。利用线路两端的电流、电压突变量计算出本线路两端的故障功率,再结合区内外故障时故障功率方向信息的不同构建算法,计算故障功率失衡度,最后根据该计算结果判断故障是否发生在区内。如果计算出功率失衡度大于1,则可判断为区外故障,否则为区内故障。通过PSCAD建模仿真,验证了该保护具有充分的可靠性、能够满足故障识别和选极两方面的指标,且整定简单、无需配合、具备良好的耐过度电阻能力。

基于小波分析的特高压直流输电线路双端电压暂态保护

分析云广直流输电线路和边界的频率特性,结果表明当故障发生点与保护安装点的距离大于一定值时,线路对某频率的高频信号衰减作用将大于本侧边界对该频率高频信号的衰减作用,据此提出用保护元件区分对端区内外故障的特高压直流线路暂态保护原理。分析和仿真试验表明该暂态保护原理能够保护线路的全长。通过比较两端检测到的故障暂态信号,判断故障位置更靠近整流侧还是逆变侧;对检测到的对端故障电压暂态信号进行多尺度小波变换,利用高频段小波能量与低频段小波能量不同构造区内外故障判据;根据故障后两极线上暂态电压之间的差异构造故障选极判据。仿真结果表明所提方法具有良好的反映过渡电阻的能力。

多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键问题,其主要技术难点在于快速可靠地识别故障区段。传统交流系统保护和常规直流输电系统保护原理很难适用于柔性直流电网。根据柔性直流电网故障暂态特征以及一次设备固有构成,该文提出一种基于线路边界元件的新型快速方向纵联故障识别判据,以及一种实用可靠的故障选极判据,并设计相应的线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流电网模型,通过大量的仿真算例验证该保护原理的可行性,以及在硬件成本、动作速度、耐受过渡电阻能力等方面的突出优势。

基于信息指纹的柔性直流线路差动保护

柔性直流电网以其灵活可控特性受到广泛关注,保护是其安全可靠运行的关键。柔性直流电网要求线路保护数毫秒内有选择地隔离故障,现有保护性能有待进一步提升。差动电流波形富含丰富的故障信息,区内、外故障的差流时频特性存在较大差异。基于此特征,提出差动电流指纹的概念,并利用指纹匹配技术实现了保护判别和故障测距。该方案充分利用了差动电流时–频域特征,相对于基于单一故障特征的保护方案更具优势,可耐受线路分布电容电流的影响。大量仿真结果表明,该保护方案能在6ms内准确识别区内外故障同时可以实现故障测距的功能,测距误差在3%以内。在300Ω过渡电阻接地故障下仍能准确动作,具有30dB的抗噪声能力和20μs的耐同步误差能力。

基于瞬时功率相平面的柔性直流电网后备保护

基于双端信息的柔性直流电网保护方法具有无需整定阈值、耐受过渡电阻能力强、保护线路全长、可靠性高等优势,可以弥补单端信息保护的缺陷。为实现直流电网线路故障的全范围检测,同时实现后备保护与主保护的协调配合,提出了一种基于故障分量瞬时功率相平面的直流电网线路双端保护方法。首先建立多端柔性直流电网模型,利用回路分析法推导短路故障电流和电压,计算故障分量瞬时功率。然后分析不同故障类型下正负极故障分量瞬时功率的和差特征,分别利用功率差与功率和构造相平面,实现故障区域识别与故障选极。同时通过引入低电压判据,对故障分量瞬时功率重新进行计算,消除线路出口处存在保护死区的问题。该保护方法具有良好的选择性,能够保护线路全长,且具有较好的耐受过渡电阻能力。

基于小波分析的特高压直流输电线路单端电压暂态保护

分析特高压直流边界和输电线路的频率特性发现,线路对高频故障信号的衰减特性导致现有直流输电线路暂态保护不能实现全线保护。依据检测到的故障信号强度不同,提出一种直流线路单端电压暂态保护。提取故障信号中高低频段小波能量,利用它们的比值构造区分对侧区内外故障判据;通过比较两极线上暂态电压低频量,实现故障选极。仿真试验表明该方法有效。

含限流电抗器的环形直流微电网暂态对地高频电压保护方法

直流线路保护是直流微电网技术发展的关键,限流电抗器为直流故障保护算法的设计提供了便利。针对含限流电抗器的环形直流微电网,利用限流电抗器的故障暂态高频电压特性,提出一种基于限流电抗器两端对地高频电压的保护方法。该方法利用故障后线路两侧限流电抗器两端对地高频电压的差异性识别区内外故障,对于线路背侧阻抗呈容性将导致保护无法正确动作的情况,通过选择合适的频率能够很好地解决。仿真结果表明,该保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且无须相邻线路保护配合,对双端数据同步要求较低。该方法在不同的故障场景和运行方式下均能可靠进行故障识别和故障选极,并且耐受过渡电阻能力较强。

基于限流电抗暂态电压的直流配电网单端量保护

对直流配电系统线路的保护是直流配电系统安全稳定运行的保障。本文以四端直流配电系统为研究对象,提出一种基于限流电抗电压特性的单端量保护方案。首先,对四端直流配电网的直流线路故障特性进行分析,给出一种限流电抗电压的计算方法。然后,将故障后一段时间内限流电抗电压的变化率及幅值的大小用于判断区内、外故障;以正、负极限流电抗电压的绝对值构成的对数之和作为判据,来实现故障类型的识别和故障选极。最后,在PSCAD/EMTDC中建立四端柔性直流配电网仿真模型,仿真分析表明,本文提出的保护方案仅利用单端电气量即可正确实现故障判别和故障选极,同时能够躲避雷击电流的影响,具有良好的抗过渡电阻及噪声的能力。

基于小波变换的配电变压器差动保护相位补偿方法

为降低配电变压器故障引起的财产安全损失,提升电力系统运行稳定性,提出了基于小波变换的配电变压器差动保护相位补偿方法。首先,通过计算线模行波电流波动及其梯度绝对值大小,判断配电变压器有无故障,即创建保护启动判据。然后,依据等效线模行波差动电流的能量比确定故障区域,并计算小波变换故障区域的初始模量反向行波差动电流,以获得小波变换模极大值。最后,通过构建故障选极判据获取故障类型,计算故障状态下配电变压器空载合闸时的励磁电流,判断励磁涌流和内部故障电流的变化,并结合保护输出信号的开启和关闭,实现配电变压器的差动保护相位补偿。仿真实验表明,该方法可对区内故障进行有效鉴别,具有很强的可靠性及有效性。负载工况下,该方法相位补偿后电压电流的相位差一致,具有更好的稳定性。