基于电流模分量特性的多端柔性直流配电网线路纵联保护

多端柔性直流配电网因在供电可靠性方面极具优势而受到广泛的关注,然而对于直流线路保护中故障的快速、可靠识别成为其急速发展所需解决的关键问题之一。因此,设计了一种利用电流模分量特性的直流线路纵联保护方法。该方法利用故障时正极电流线模分量方向来判别区内外故障,以不同故障条件下故障点正极电流零模分量平均值的差异来构造保护判据,从而判别故障类型,形成保护策略。最后,在PSCAD/EMTDC4.5上搭建了多端柔性直流配电网模型,对保护判据及关键影响要素进行了仿真分析。结果表明,该保护方法能够有选择性地快速、可靠识别区内外故障及故障类型,且具有较好的耐过渡电阻与抗噪声能力。

适用于逆变型分布式电源T 接的配电网线路纵联保护方案

针对逆变型分布式电源(IIDG)T接于配电网导致双端电流纵联差动保护难以适用的问题,提出一种基于线路端点正序电流的新型纵联保护方案。建立以并网点正序电压主导的IIDG压控电流源模型。根据线路本端保护测量所得正序电气量分别求解对端正序电流计算值。在此基础上,将同一端点测量值与计算值的相量差幅值作为保护动作量,并利用发生区、内外故障时保护动作量的差异形成故障识别判据。考虑计算误差及互感器传变误差对保护整定值的影响构建完整的保护方案。该方案在保护动作量计算过程中无须实时获取IIDG运行状态,仅在现有双端纵联通道内对线路两端的电气量进行通信即可准确识别区内、外故障,通信压力小。仿真结果表明所提保护方案可靠有效,受IIDG出力影响小且具备一定抗过渡电阻能力。

基于电压-电流采样轨迹的混合直流输电线路纵联保护方法

为提高混合直流输电系统线路保护的抗干扰能力和适用范围,提出一种基于电压-电流采样轨迹的直流输电线路保护方案。首先,从理论上分析了直流线路故障时测量电压与测量电流之间的关系,揭示了区内/外故障时的电压-电流线性度差异。然后,以区外故障时电压-电流所服从的线性模型作为假设模型,将实测数据得到的采样轨迹与假设模型对应的直线进行比对,引入拟合优度指标作为特征量来量化并放大实测数据与假设模型的差异,并进一步给出直流输电线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC中建模并仿真分析了多种因素对所提保护方案的影响,结果表明所提保护方案能够可靠、快速地识别直流输电线路故障,在高阻和强噪声的场景下仍可适用,且无需提取特征频带,无需双端数据严格同步,对于保护装置的采样率要求较低,易实现工程应用。

基于故障序电流幅相特性的含分布式电源配电网纵联保护方案

【目的】随着分布式电源(distributed generator,DG)在传统配电网的不断接入,给配电网保护配置带来了严峻的挑战。为应对这一问题,对配电网线路故障时,不同类型DG的故障电流幅相特性进行了分析,在此基础上提出了一种基于故障序电流幅相特性的配电网纵联保护方案。【方法】该方案利用线路两端的各序故障电流幅值和相位差特征,分别构造保护动作量及制动量。通过合理设置保护参数来应对不同类型DG接入下,新型配电网继电保护选择性、灵敏性所面临的问题。【结果】通过RTDS搭建仿真算例进行了方案验证,结果表明,该方案整定简单,无需在运行阶段对保护阈值实时调整,对设备算力要求较低的同时具有良好的动作性能。

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5G的高风光渗透率型配电网相关性纵联保护

在高风光渗透率型配电网中,受逆变器控制策略的影响,故障电流弱馈特征明显,传统工频电气量保护动作性能下降,甚至出现误拒动。文章分析了同步发电机和逆变型分布式电源的故障电流特征,获知配电网区内、外故障时两侧故障电流向量存在明显差异,进而提出利用相关系数度量向量相关性并构造动作判据,基于5G通信技术提出高风光渗透率型配电网相关性纵联保护新方案。仿真结果表明,所提保护方案能够快速、稳定地判别高风光渗透率型配电网线路短路故障,有较强的耐噪声能力,解决了5G时延波动对纵联保护的影响。

基于衰减指数的主动配电网纵联保护新方法研究

根据光伏并网系统中光伏与大系统电源故障输出特性的差异,提出一种基于电流衰减指数的主动配电网保护新原理.首先对采集的保护线路首、末端电流进行滤波、去噪,以避免噪声造成Prony计算不精确的问题;再将线路首、末端电流衰减指数作差与给定门槛值比较,以便判断故障区域;最后通过改变故障位置、故障距离以及光伏渗透率,验证该方法在不同情况下的适用性.通过Matlab仿真实验表明本文提出的方法能够准确判断线内、线外故障,并且其对判断故障相有一定效果.

适用于全故障类型的双馈风电场送出线负序电流纵联保护方案

随着双馈风电机组(DFIG)并网容量的增加,给风电场送出线继电保护的整定带来新的挑战,保护动作性能下降甚至会出现拒动和误动的风险。为此,首先分析双馈风电机组负序电流分量特征;然后进一步分析风电场经交、直流并网时交流送出线两侧电流的特征差异,提出一种适用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护新方法。该方法利用双馈风电场送出线两侧负序电流的幅值比和相位差构成保护动作判据,同时,利用数据延时在对称故障下构造出负序分量,使其能适用于风电场送出线的各种故障类型,且具有灵敏度高、耐受过渡电阻能力强等优点。最后,在Matlab/Simulink和PSCAD/EMTDC中搭建双馈风电机组电磁暂态仿真模型,仿真分析保护方案在交直流送出线上的适应性。

基于近似熵变化量判据的混合直流输电系统纵联保护方案

高压直流输电线路行波保护对信号采样频率要求高,保护性能受过渡电阻及噪声干扰影响较大,需配合纵联保护识别故障位置。而现有纵联差动保护易受分布电容影响,传输数据量较大,动作速度有待提升。为了解决上述问题,提出一种基于近似熵变化量判据的混合直流线路纵联保护方案。近似熵需要的计算数据量较小,且兼具高灵敏性、高可靠性优势。故障发生后,近似熵变化量呈现明显的峰值特征,基于1模电压电流近似熵变化量构建的保护判据能快速准确地识别高阻接地故障,同时能减小噪声干扰和分布电容的影响。基于乌东德±800 kV混合直流输电系统仿真模型对所提保护方案进行验证。结果表明,所提保护方案仅需5 kHz采样频率,无需严格的时间同步,且在经800Ω过渡电阻接地及10 dB信噪比场景下能够正确、快速地动作。

基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护

“双碳”背景下,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,已成为国家重大需求。但是,新能源电源等值内电势不稳定,与传统同步机电源特性存在本质差异,换流器控制导致故障电流幅值受限、相位受控,现有工频量保护性能下降,威胁电网安全稳定。该文提出基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护原理,在考虑线路分布电容的基础上建立精确的线路模型,利用瞬时值的状态估计冗余特性提升了保护的速动性和可靠性,通过比较所建模型与实际模型匹配程度判别故障。仿真表明,所提保护方法能快速可靠判别各种类型的区内、外故障,保护判别时间不超过2ms,并具有较好的耐过渡电阻和抗干扰能力。

基于暂态电压Pearson相关系数的柔性直流配电网纵联保护方法

柔性直流配电网故障特征复杂,快速可靠的故障保护方法是柔性直流配电网亟需突破的关键技术。基于此提出了一种基于直流线路限流电抗器暂态电压皮尔逊(Pearson)相关系数的直流配电网纵联保护方法。首先,分析了区内外不同故障类型下直流线路两端限流电抗器暂态电压的特征差异。其次,利用正、负极线路电压的变化率构成保护启动判据,通过直流线路两端限流电抗器暂态电压的Pearson相关系数识别区内、外故障,并利用直流线路正负极电压变化率间的正负关系设计故障选极判据。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建柔性直流配电网仿真模型验证所提保护方法的可行性。结果表明所提保护方法能满足柔性直流配电网保护速动性和选择性的要求,且耐过渡电阻能力强,受通信延迟影响小,具有一定的抗干扰能力。

基于模功率差的风电经直流外送系统源端交流线路纵联保护

针对送端交流线路受风场及直流系统接入影响,故障特征迥异,以及传统继电保护原理难以适用的问题,提出一种基于模功率差的风电送出线路纵联保护新原理。首先,在单机模型的基础上,考虑风场各设备间的相互作用,推导双馈风场短路电流表达式。结合直流系统网络拓扑,建立送出线路背侧系统馈入线路模功率计算模型。在此基础上,利用区外故障网络拓扑变化引起模功率异变的特性,构造模功率差与模型差异性相关联的保护判据,用以识别交流线路区内外故障。最后,基于RT-LAB平台的试验结果验证了该方法的正确性。

基于频域模型匹配的双馈风电场送出线路纵联保护方案

针对风电场多机并网暂态模型难以准确解析导致的风场送出线路保护适应性问题,该文建立双馈风电场多机并网频域等值模型,提出一种基于频域模型匹配值的双馈风电场纵联保护方案。首先,根据双馈风机故障下进入低电压穿越控制模式,推导得到双馈机组电流响应模型。在此基础上,考虑不同馈线阻感之间的耦合关系和锁相环相角偏移影响,建立双馈风电场多机并网频域等值模型。然后,根据送出线路故障网络分析区内外故障模型,定义频域模型匹配值,构造识别送出线路区内外故障的保护判据。最后,在RT-LAB平台搭建仿真模型进行验证,保护方案在送出线路不同位置发生经不同过渡电阻接地故障,均能快速准确切除区内故障。

基于5G通信的有源配电网新能源送出线路纵联保护

传统纵联差动保护在新能源场站接入后会出现可靠性降低甚至拒动的问题。为此,首先提出了秩差累加积波形相似度算法并分析了其抗干扰特性,该算法通过计算两组数据的最大不匹配程度来度量两波形的相似度,显著减弱了异常数据对波形相似度判断的影响。在此基础上,利用送出线路两侧暂态电流时域波形特征的差异,提出了基于5G通信技术纵联保护新原理并构建了完整的保护方案。最后,通过PSCAD/EMTDC验证了所提保护方案的性能。仿真结果表明,所提方案不受新能源类型的限制,适用于各类新能源场站,具有良好的抗延时防误动、抗噪声及异常数据的能力;在新能源弱出力及断路器重合于永久性故障情况下也具备良好的动作性能。

基于故障全电流多阶突变的换流器并网线路纵联保护

电力电子换流器的引入改变了传统电网的故障特性,当交流线路发生故障后传统差动保护难以满足保护需求,易出现灵敏度降低甚至拒动风险。针对此问题,提出基于故障全电流多阶突变的交流线路保护原理。该保护以故障发生后线路两侧电流波形形变特征、突变特征的规律变化为基础,通过矩阵梯度算法对两侧全电流信号进行突变特征值的提取,即对两侧全电流信号的突变程度进行描述,进而构造纵联保护。相比于传统暂态量的快速保护无须提取固定频段特征,所提方法克服了在短路电流受控情况下利用周期分量算法无法精准提取固定暂态量的问题,相比于直接采用常规暂态信号的保护,具备较好的耐受过渡电阻以及噪声的能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了换流器并网系统的仿真模型并校验了保护的有效性,所提保护故障识别时间小于7.5ms,即使在经100Ω的过渡电阻故障情况下,仍然具有较高的灵敏度,能较好地满足换流器并网线路对保护速动性与选择性的需求。

基于故障分量时频突变特征的海上风电直流升压送出线路纵联保护

直流汇集送出系统具有效率高、体积小和无需无功补偿等优点,是未来远海风电场汇集送出的发展趋势。然而,相较于陆上架空线,送出海缆分布电容明显,区外故障时,长海缆分布电容电流使得线路两侧电流具有较大的差异,从而易导致基于暂态量的传统纵联保护误动作。针对该问题,提出基于故障分量时频突变特征的纵联保护原理。通过分析直流送出线路、换流器的暂态电流频率特征,考虑区内外故障时两侧暂态故障电流的频段差异,选择合适的保护应用频段。利用小波变换对故障电流进行时频变换,通过Wasserstein距离构造区内外故障识别判据,解决了区外金属或低阻故障时基于暂态时域量的纵联保护误动作问题。在半实物仿真平台(real-time digital simulation, RTDS)中搭建海上风电直流汇集送出系统模型,对所提保护方案进行仿真验证。仿真结果表明,所提保护方法能够可靠识别区内外故障,保护动作时间小于5 ms,耐受过渡电阻达300Ω,抗噪声能力达20 dB。

基于故障行波差异性的柔性直流输电线路纵联保护

柔性直流输电对解决大规模新能源的消纳问题具有重要意义,其中行波保护是保障系统安全的关键。然而采用行波幅值比较判据区内外故障的保护对故障前、反行波幅值关系分析并不严谨,行波反射关系式仅在复频域下成立,若将此关系推广到时域中可能影响保护的动作性能,给系统安全埋下隐患。针对这一问题,该文首先从理论上分析行波幅值比较式方向纵联保护的不足,并从区内故障验证出保护失效的边界。为具体揭示故障前、反行波的差异性,该文定量分析电压反行波与电流行波在一定时间内的极性,进而提出一种采用多点均值的电压行波方向识别判据并构成纵联保护。大量仿真结果表明,所提保护能够快速、可靠地识别线路区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻能力与抗干扰能力。

基于差动电流能量比的新能源场站送出线路纵联保护

电力电子装置在新能源电力系统中的广泛应用,改变了传统电力系统的故障特性,使得传统保护动作性能下降、甚至存在误动和拒动风险,从而给电网的安全稳定运行带来挑战。该文通过分析区内外故障后差流与分布电容电流的异同,明确了线路分布式电容电流与故障后差动电流的能量存在明显差异,然后利用区外故障时差动电流与分布式电容电流能量基本一致,而区内故障时差流能量与分布式电容电流能量差异很大的特点,提出了基于差动电流能量比的纵联保护新判据,仿真结果验证了保护算法的可行性。所提方法可解决新能源接入后差动保护动作性能下降问题,适应不同类型新能源场站,具有较好的耐受过渡电阻能力,与现有基于新能源暂态电流特征的保护相比,在新能源电源弱出力时动作性能更好。

基于时间序列动态匹配的含IIDGs配电网纵联保护

为提升含逆变型分布式电源IIDGs(inverter-interfaced distributed generators)接入的配电网电流差动保护抗同步误差能力,通过分析IIDGs与传统电源暂态电流波形的差异,充分考虑纵联通道同步误差的影响,提出了基于时间序列动态匹配的含IIDGs配电网纵联保护原理。通过对线路两侧电流采样值序列进行动态匹配识别故障,降低了线路两侧采样数据同步要求,引入时域波形平均欧氏距离构造保护判据提升灵敏度。仿真结果表明所提的保护判据能够可靠识别线路内部和外部故障,在现有继电保护装置采样率下性能良好。

基于自定义电流突变量的高压直流输电线路纵联保护原理

直流线路保护是直流输电技术发展的关键问题,其主要技术难点在于快速可靠地识别线路故障。电流差动保护受分布电容电流影响明显,需要延时、动作速度慢;而现有的其他纵联保护在对边界元件的依赖程度、过渡电阻耐受能力和抗干扰能力上仍有提高空间。针对上述问题,分析了高压直流输电线路电流突变量的故障暂态特征,并定义了一个新的电流突变量概念,利用自定义电流突变量的极性特征识别区内外故障;在此基础上,提出了一种基于自定义电流突变量的高压直流输电线路纵联保护方案。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真模型对所提保护方案进行了仿真验证。仿真验证表明,所提保护无需延时即可正确识别区内外故障,还带有故障选极的效果,且不依赖于边界元件,过渡电阻耐受能力高、抗干扰能力强,具有较高的灵敏性和可靠性。