具备自适应重合闸能力的多端口混合式直流断路器

为解决柔性直流电网中混合式直流断路器成本高以及盲目重合闸的问题,提出了一种具备自适应重合闸能力的多端口混合式直流断路器。所提断路器能够在能量耗散期间旁路故障线路中的限流电抗器,配合电容充电回路的导通,将本应经避雷器耗散的限流电抗器能量转移到电容中,从而有效减少了故障隔离时间与避雷器能量耗散压力,并为故障性质的判别提供了能量支持。同时,该断路器通过共享主断路器的方式实现故障隔离,结合避雷器泄能需求的下降,大大降低了断路器的制造成本,在经济性方面优势明显。此外,该断路器利用故障识别电流与电容电压在永久性故障与瞬时性故障下的幅值差异来识别故障性质,实现了自适应重合闸,操作简单且易于控制。最后,利用PSCAD/EMTDC在三端MMC柔性直流系统环境下对所提方案的有效性进行了仿真验证,并通过与其他方案的对比分析,证明了所提方案的优越性。

适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略

同杆双回线发生接地故障采用传统跳闸策略时可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出了一种适用于带并抗的同杆双回线接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,通过建立带并抗的同杆双回线各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出了一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略。其次,分别对瞬时性故障和永久性故障情况下的故障相并联电抗器电流特征分析,提出了基于故障相并联电抗器微分栅电流的故障性质判据。最后,结合改进跳闸策略和故障性质判据,形成了适用于带并抗的同杆双回线接地故障分相自适应重合闸策略。PSCAD/EMTDC仿真验证了所提改进跳闸与分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路重合成功率。

适用于同杆双回线路接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略

同杆双回线路发生接地故障时采用传统跳闸策略可能会产生负序分量,传统自动重合闸方案在合闸前不判定故障性质,重合失败时将影响系统稳定性。针对该问题,提出一种适用于同杆双回线路接地故障改进跳闸与分相自适应重合闸策略。首先,建立同杆双回输电线路各相之间的耦合模型并对其进行分析,提出一种能够避免负序分量注入系统的改进跳闸策略;其次,分别对瞬时性故障情况下和永久性故障情况下电容耦合电压特性进行分析,提出基于故障相电容耦合电压的故障性质判据;最后,结合改进跳闸策略和合闸策略,形成了适用于同杆双回输电线路接地故障分相自适应重合闸策略。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提分相自适应重合闸策略能够避免负序分量注入系统,以及在不同接地故障类型、故障位置和过渡电阻情况下都能保证输电线路的重合成功率。

基于风电送出线路分相跳闸方式的自适应重合闸策略

为避免重合失败对风电场及接入系统造成二次冲击,针对风电送出线路受风电运行特征影响重合成功率低的问题,提出基于风电送出线路分相跳闸方式的自适应重合闸策略。采用保留单侧健全相的重合闸动作方式,有效避免风电运行特征的影响并保证了故障耦合效果。分析不同故障情况下故障相电压的变化特性,提出基于电压幅值-角频率变化量的自适应重合闸判据,并据此确定重合策略。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型进行仿真验证,仿真分析表明所提策略能准确判定故障性质并确定熄弧时间,确保风电场与并网系统的安全可靠运行。

基于波形相似度特征的多端柔直电网故障自适应重合闸方案

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题,当前已有一系列基于单端量的重合闸原理,但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外,有些保护方案在注入判别信号时还存在需要增设附加装置或辅助控制方式的缺点。为此,尝试通过双端量通信的方式解决上述问题。首先,分析了瞬时性故障与永久性故障下的对侧线模行波的故障特点;随后,结合不同故障性质的特点得出了对侧线模电流推演值与测量值间波形相似度的差异性,并提出一种基于Hausdorff距离算法的相似度差异性量化方法;得益于双端量判别方式对注入信号形态的要求较单端方式大为降低,提出了一种无需增设附加装置或辅助控制的直流断路器(DCCB)注入信号生成方式;最后,形成了一种基于波形相似度特征匹配的自适应重合闸方案。仿真结果表明所提重合闸判据有效保护范围可覆盖线路全长、有较高耐受过渡电阻能力、并具有良好的适用性。

基于电压上升限时检测的含新能源配电网自适应重合闸

断路器跳闸后下游分布式新能源可能持续带故障运行,配电网传统无检重合闸盲目投切将导致系统遭受二次冲击。文中面向含高比例分布式新能源配电网提出一种基于电压上升限时检测的自适应重合闸方法。首先,基于对跳闸后计及新能源故障穿越控制的配电网故障特性分析,探明了跳闸后系统电压与新能源-负荷功率比值间的分段映射关系;利用伴随故障清除的电压上升特性,提出了基于电压差积分的故障状态检测判据;进而,融合保护动作信息与新能源故障穿越时间极限对故障检测时间进行规限,提出重合闸延时自适应整定方案。仿真结果表明,所提方法能够可靠检测不同位置、类型的瞬时性故障清除,并根据故障状态自适应调节重合闸延时,加快系统供电恢复。

基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术

为避免柔性直流系统重合于永久性故障,造成二次过流冲击从而威胁系统安全,需采用预先判断故障性质的重合闸方法以确保系统的有效重启和可靠恢复。针对配置有混合式直流断路器的架空线柔性直流输电系统,提出一种基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术。首先,提出直流限流电路拓扑结构并分析其工作原理,该拓扑由限流单元、吸能单元和故障性质判别单元组成,与混合式直流断路器串联接入直流线路。此后,结合故障发展过程,理论计算各阶段故障暂态电流、暂态电压的表达形式,并提出直流限流电路各元件的参数选择依据。最后,在PSCAD平台搭建系统模型并进行故障仿真,仿真结果表明所提自适应重合闸技术能准确判断故障性质,并具备较好耐过渡电阻能力。

同杆并架双回线自适应重合闸组合判据

在分析电压自适应和相位自适应重合闸判据的基础上,结合同杆并架双回线单相故障和单相跨单相故障时的电气量特征,提出了一种基于相位自适应判据、电压自适应判据及按相序重合的组合判据。仿真结果表明该判据可以准确地判别同杆并架双回线路单相故障和单相跨单相故障的故障性质,有助于提高同杆并架双回线路自动重合闸的成功率,降低重合于永久性故障时对电网安全稳定运行的影响。

电力系统自适应重合闸技术

区分瞬时性和永久性故障为目的的自适应重合闸,能减少故障对电能的损失,增强电网的稳定性。虽然单相自适应重合闸研究已较成熟,但同杆双回线上自适应重合闸和三相自适应重合闸的研究仍存在很多未解决的问题。结合各种情况下自适应重合闸实现原理,对目前自适应重合闸研究现状作了阐述,介绍了自适应重合闸顺序。同时,针对目前的研究现状,提出各研究方法或理论的不足,并结合近年来的研究和最新进展,展望了自适应重合闸的发展前景。

同杆并架双回线自适应重合闸的研究

常规重合闸方式不能识别线路瞬时故障与永久故障,当重合于严重永久故障时,会对系统造成严重影响。当故障相跳开后,健全相对故障跳开相存在电容耦合电压,对于瞬时故障,电容耦合电压较高;对于永久故障,电容耦合电压很低。依据故障相的电容耦合电压与所提出的按相顺序重合闸逻辑,提出了识别严重永久故障与瞬时故障的新方法及判别故障点熄弧的方法,实现无严重故障按相顺序重合。仿真结果证实了所提出的方案的可靠性与安全性。

基于高频保护通道信号的三相自适应重合闸方法

提出了一种用于区分输电线路瞬时性故障和永久性故障的新方法:利用高频通道及其信号区分瞬时性故障和永久性故障,从而实现三相自适应重合闸。通过使用高频通道等传播常数模式理论,对高频电流信号在三相电力线载波通道上的传输特性进行了分析后得知:高频电流在多导线系统中传播时,虽然高频设备只加工于一相,但实际上高频信号是沿着多相导线的相间传播的。对于高频信号在多导线系统中的传播特性,可采用等传播常数模分量法分解为与导线数相等的n组模分量进行分析,且可利用网络关联矩阵的原理对各种故障情况下接收的高频信号进行较为准确的计算。由此提出了利用超高压线路高频保护通道的信号传输特性来判别故障类型的新方案,该方案为解决三相自动重合闸重合于永久性故障的问题开辟了新的思路。仿真与计算结果表明:各种故障情况下接收高频电流信号的特征与基于模传输理论的高频通道计算结果十分吻合;短路故障点位置对高频接收信号几乎没有任何影响。理论分析和大量的EMTP仿真结果显示了该方案的有效性和正确性。

输电线路自适应重合闸研究综述

传统的自动重合闸性能不佳,因此能够提高重合闸成功率、避免重合于永久性故障的自适应重合闸的研究具有重要意义。对永久性故障和瞬时性故障的概念进行了讨论,以故障点电流是否为零来界定永久性故障和瞬时性故障。指出影响重合成功的因素主要是故障性质,但还受重合闸时序的影响,因而自适应重合闸应包括故障性质判别和重合闸时序的优化两个方面内容。分别总结评述了单相自适应重合闸、三相自适应重合闸以及同杆并架平行双回线路自适应重合闸的研究现状。展望了自适应重合闸的研究前景。

带并联电抗器输电线路三相自适应重合闸永久性故障判别

提出了一种适用于带并联电抗器的输电线路的相间瞬时性和永久性故障判别的新方法,利用三相并联电抗器电感参数的识别结果实现三相自适应重合闸。相间瞬时性故障待故障点熄弧后,三相储能由各自的自振回路释放;而相间永久性故障时,故障相的储能由故障回路可靠释放,非故障相储能则由自振回路得以释放。因此,以瞬时性π模型为参考模型,利用三相并联电抗器电流量实现三相并联电抗器电感参数的识别,由电感参数识别值与真实值的差异来区分永久性故障和瞬时性故障。瞬时性故障情况下,三相自振回路与参考模型一致,三相并联电抗电感求解值与真实值十分吻合。永久性故障情况下,由于故障相故障回路存在,故障相的并联电抗电感求解值与实际值差异显著。大量ATP仿真结果验证了判别方法的正确性和有效性。

基于小波包能量熵判别的高压输电线路单相自适应重合闸

提出了利用小波包能量熵来判别故障性质的单相自适应重合闸新方法。介绍了小波包能量熵的概念,引入能量修正因子对能量熵定义进行了改进,以获得更高的判别灵敏度。分析对比了2种故障相电压的特点,从原理上揭示了在二次电弧能量较大的频段,2种电压信号能量时间分布明显不同;计算表明2种故障情况下低频节点熵值M3.0比较接近,而在高频段节点处瞬时性故障的熵值要大得多。最后,提出利用高频节点特征频带的熵值均值作为判别指标。理论分析和基于EMTP/Matlab仿真结果表明:该故障判别方法能快速准确地识别故障性质,且灵敏度不受系统运行方式、过渡电阻、故障位置和振荡电压幅值等因素的影响,对二次电弧模型精度要求也不高,具有较好的适应性。

基于模糊神经网络的单相自适应重合闸

将模糊神经网络应用于单相自适应重合闸中,以模糊理论和人工神经网络理论为基础构造了一个多输入模糊神经网络,用于识别瞬时性故障与永久性故障。该网络以取大取小运算部分代替了乘积求和运算,并采用了从样本中获取模糊规则的方法。利用Matlab进行了大量仿真实验,验证了该方法的可行性与准确性;在仿真的基础上,将多输入模糊神经网络与BP神经网络进行了比较,证明了多输入模糊神经网络在单相自适应重合闸中应用的优越性。

采用原子分解法的带并联补偿线路单相自适应重合闸

带并联补偿输电线路单相瞬时性故障时,故障相恢复电压阶段会同时存在工频分量和低频分量,从而形成拍频现象。目前,基于上述原理的自适应重合闸判据抗干扰能力不强,且不能确定准确的熄弧时间。对此,文中采用一种新的信号处理方法——原子稀疏分解法分析非线性故障信号,以提取瞬时性故障时恢复电压阶段存在的低频分量,进而对故障性质作出判别;同时,原子稀疏分解法较强的时域和频域分析能力可以准确地确定故障熄弧时刻,为线路断路器的重合时刻整定提供依据。仿真实验验证了所述方法能够有效提高自适应重合闸性能。

基于形态学闭开-开闭梯度变换的单相自适应重合闸方案

为了提高基于暂态电压电弧特性的自适应重合闸方法的适应性,提出了一种基于电压双窗函数暂态能量比的新判据,该方法克服了原单窗能量函数法难以用单一阈值区分故障的问题。为了更有效地提取高频能量,提出了一种新的形态学闭开一开闭梯度滤波算子(COOCG)。这种方法能够克服多分辨形态梯度变换本身所带来的平波作用。EMTP仿真研究袁明,由这种方法构成的自适应重合闸方案提高了判别的可靠性,具有实用价值。

基于S变换奇异值能量熵的单相自适应重合闸故障符号识别法

将S变换、奇异值分解及信息熵理论相结合,用于带并联电抗器的超高压长输电线路瞬时性与永久性故障的识别中。首先直接对故障相电压作S变换求模时频矩阵,然后对该矩阵进行奇异值分解,量化其特征差异,再利用信息熵理论对奇异值求其能量熵,从统计的角度给出系统的奇异值能量熵,最后用简单的符号识别法进行故障的分类。仿真结果表明,其该方法准确率高、稳定性好。

基于自适应重合闸的配电网快速故障定位与隔离方法

馈线自动化对提高配电网供电可靠性具有重要意义。为了克服电压-时间型馈线自动化模式存在的故障处理时间长、故障点上游开关经两次短路电流冲击、上游区段需要经历两次短时停电等缺点,提出了一种基于自适应重合闸的配电网故障快速定位与隔离方法。介绍了实现该策略的三项关键技术,包括基于永磁操作机构的配电网分相开关、基于暂态电流特征的选相元件、基于工频电压特征的故障性质判别方法。该策略避免了重合于永久性故障时短路电流对上游开关的二次冲击以及上游区段的二次停电,同时可有效缩短故障处理时间。

自适应重合闸在电力系统中的应用实践

介绍了目前国内用于实际电力系统的按相顺序自适应重合闸方案。方案综合考虑了两回线的实时运行信息,基于按相顺序重合闸逻辑,采用了严重永久故障识别判据及相间永久故障识别判据,综合判断重合相别和重合顺序,实施有序重合。结合现场一起复杂跨线接地多相故障实例,详细分析了按相顺序自适应重合闸动作过程。按相顺序重合闸提高了重合闸成功率,避免了重合于永久性故障对系统的严重冲击。