构网控制目标下系统故障特征及保护性能

分析了构网目标下的典型同步控制及故障穿越策略,提出了构网型变流器在故障分析时的等效电路。在此基础上,在相量平面分析了含构网型变流器系统稳态运行及各类故障工况下的电气量特征,指出构网控制目标下的故障特征与传统同步机系统的异同。重点针对当前电网中主流配置的电流差动保护与距离保护开展构网控制目标下的动作性能评估,并通过构建PSCAD仿真模型验证理论研究结果。分析表明,相比于传统跟网型控制,构网变流器控制技术通过模拟同步发电机的基本特性,为系统中的继电保护创造了一个相对良好的运行环境,有利于提高保护整体动作性能。

对称故障下变流器控制对差动保护影响及优化策略

变流器输出故障特征的强可控性给交流系统继电保护带来了严峻挑战。该文分析并网线路发生对称故障时跟网型变流器的控制响应过程,从故障期间变流器电流控制目标不能自动匹配故障回路功率需求的角度,分析推导变流器网侧电压相位发生跳变并不断旋转的变化特征。受故障回路阻抗约束,变流器输出短路电流相位与网侧电压相位同步变化,造成并网线路差动保护性能严重下降。基于变流器网侧电压相位变化机理,从电流控制目标与锁相环控制两个维度,提出兼顾保护需求和供电需求的变流器控制优化策略。仿真结果表明,并网线路对称故障时所提策略能有效抑制两侧电流相位差,显著提升了差动保护动作性能。

海上风电柔性直流输电换流变差动保护的适应性分析

海上风电柔性直流输电系统的故障特性有别于常规电力系统,因此常规继电保护方案应用于海上风电柔性直流输电系统时可能存在适应性不足的风险。分析了海上风电柔性直流输电系统故障情形下,不对称的电气量引发的谐波分量以及故障穿越过程中的负序抑制、限流措施对差动保护的影响。推导了计及序分量的差动保护灵敏度计算式并进行适应性分析,指出故障情形下的奇次谐波容易对差动保护产生影响,负序抑制及限流措施也将导致差动保护灵敏度下降。结合实际示范工程的仿真系统进行了大量仿真计算,结果表明,常规差动保护方案的灵敏性、可靠性均存在下降的问题。

电流差动保护在海上风电低频送出线路中的适应性分析

低频输电技术在中远距离海上风电领域应用潜力巨大。电流差动保护是广泛应用的传统交流保护,面对电力电子型电源时其性能可能受到影响,故有必要研究其在海上风电低频输电系统中的适应性。文中基于故障复合序网推导了直驱风机和模块化多电平矩阵换流器的电源特性对故障电流的影响,理论分析了电流差动保护的适应性。为定量分析保护适应性,提出了基于改进节点方程的故障电气量计算方法,计算给定故障条件下的故障电流和保护判据取值,判断保护动作情况。研究表明,单相接地和两相短路时保护灵敏度降低,甚至可能拒动;两相接地和三相短路时,保护能正常动作。最后,建立PSCAD/EMTDC仿真模型验证了理论分析和计算方法的正确性。

一起换流变绕组差动电流保护动作的分析及改进

换流变压器的差动保护动作是否正确对于直流系统安全稳定运行至关重要,由于部分换流站在换流变绕组差动保护设计时未考虑谐波制动功能,保护装置无法正确区分励磁涌流和内部故障电流,导致换流变充电时因励磁涌流造成保护误动作。对此,结合某换流站在换流变绕组差动保护动作案例进行建模与仿真,分析该换流站换流变压器网侧绕组差动保护动作原因,判断其动作逻辑是否正确。根据空载合闸时的绕组差动电流经滤除直流分量后与标准的正弦电流波形相似性很差的特点,通过仿真分析设定了Hausdorff距离的绕组差动电流保护闭锁判据的整定值,进而避免了换流变充电时因CT饱和特性不一致导致的绕组差动保护误动作。

超高压直流系统中的换流变压器保护

介绍了超高压直流输电系统中的换流变压器保护,分析了换流变压器的特点以及超高压直流输电的各种运行工况对换流变压器保护带来的影响,比较了换流变压器和传统变压器保护的差异,并结合其特点提出相应的保护方案。

VSC-HVDC频变参数电缆线路电流差动保护新原理

电压源换流器型直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)控制系统复杂,故障承受能力差,且多采用参数频变特性明显的电缆线路。提出一种频变参数电缆线路电流差动保护新原理。它建立在分布参数模型基础上,由两端电气量分别计算线路中点电流,并由此构造差动判据。为计算频变参数线路沿线任一点电流,提出一种计算沿线电流分布的新方法。仿真结果表明,该保护都能灵敏可靠地区分区内外故障,且对采样频率要求低,不受线路频变参数和分布电容的影响。

高压直流输电中谐波对换流变压器差动保护的影响

由于高压直流输电系统特有的优点,使高压直流输电系统得到越来越广泛的应用。但高压直流输电系统具有其本身的特点,使得换流变压器与普通电力变压器在构造上有一些不同,高压直流输电系统中换流器是非线性元件,产生大量谐波,谐波对换流变压器保护动作有影响,再加上直流控制系统对故障的控制和调节作用,导致换流变压器和传统电力变压器保护存在差异。基于PSCAD/EMTDC仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在正常运行,换流变压器内部故障和整流侧换流阀短路典型故障情况下的特点。并用Matlab分析了各种情况下的数据,并得出换流变压器差流中谐波的特点及对换流变压器差动保护的影响。

大容量变频器对电动机继电保护的影响

火力发电厂重要辅机采用大容量变频器调速后,对电动机的传统保护方式产生了很大影响。由于微机型差动保护装置的数字信号处理是基于傅里叶变换,频率范围是45～55Hz,远小于变频器频率变换范围,使其不适用于变频回路,提出采用磁平衡式纵差保护解决变频电动机回路相间短路保护问题;针对传统的零序CT方法检测电动机或电缆单相接地故障非常困难,变频器自身的保护功能也不能检测单相接地故障,提出的谐波注入法可以很好地解决这一难题。

基于欧氏距离法的换流变压器短路电流和励磁涌流的辨识

在高压直流(high-voltage direct current,HVDC)输电系统中,换流变压器受各种交直流滤波器影响,发生不对称故障时,差动电流中2次谐波含量比较大。通过仿真分析可知,采用2次谐波制动时,某些故障情况下保护会发生拒动。经分析,励磁涌流波形具有间断和偏向时间轴一侧的特征,而故障时的差动电流在不计直流分量影响的情况下,其波形分布时间轴两侧且无间断角。据此,提出利用变压器二次出口采样电流与标准正弦曲线之间的欧氏距离来鉴别励磁涌流和故障电流。通过EMTDC进行了大量的仿真实验,验证了该判据的稳定性和有效性。

HVDC换流站换流器桥差保护动作行为的仿真分析

对高压直流输电工程在运行中发生的换流站换流器桥差保护异常动作情况进行阐述与分析。基于PSCAD/EMTDC平台建模,在多种故障情况下对桥差保护动作情况进行仿真分析,在此基础上,剖析换流器桥差保护异常动作的原因。PSCAD仿真结果表明:△桥、Y桥阀侧电流互感器(TA)采样值存在故障电流差值,桥差保护才能正确动作;若故障电流同时流入或同时不流入△桥、Y桥TA,桥差保护将发生拒动。

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。

特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响

借鉴和应涌流分析方法,分析特高压一组换流变压器空投时对称性涌流的产生机理和变化特点。基于工程实际参数建立详尽的特高压直流输电的仿真模型,对特高压换流站内一组换流变压器空投产生对称性涌流现象进行了仿真分析。阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变压器大差保护误动的机理,为提升特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。

新型换流变压器差动保护原理

要实现新型换流变压器的产业化,制定与新型换流变压器配套的保护方案是重要的前提之一。文中对新型换流变压器的差动保护原理进行了研究。在分析新型换流变压器绕组特殊接线方案和三绕组之间特定匝数比关系的基础上,得出了相应的新型换流变压器两侧电流的变换关系,并据此提出2种差动保护接线方案。针对新型换流变压器正常运行和内外部故障等各种状况,分析和比较了新型换流变压器2种差动保护接线方案的动作特性,从而得出了按一次侧相电流之差构成的差动保护接线方案优于按一次侧相电流构成的差动保护接线方案的结论。文中的研究成果为实际工程中新型换流变压器差动保护接线提供了理论依据。

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。

特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。

广州换流站换流变压器差动保护附加闭锁功能浅析

换流变压器网侧绕组出现励磁涌流或过激磁电流时,如果换流变压器保护装置的差动保护逻辑没有被可靠闭锁,该装置可能误动作。文章介绍广州换流站换流变压器保护装置KBCH130和7UT513的差动保护动作特性,阐述它们针对励磁涌流和过激磁电流设置的附加闭锁功能;就广州换流站同期装置PSD(Point on Wave Switching Device)运行异常情况下,对一次极1换流变压器充电过程中发生的KBCH130差动保护动作情况进行分析,基于磁通的变化原理估算涌流最小间断时间,用西门子波形分析软件SIGRA4.21分析涌流波形间断情况,结果认为KBCH130设置的间断角定值过大,对应的间断角附加闭锁功能失效而引起此次差动保护误动作。

换流变压器阀侧接地故障分析及保护优化

换流变是高压直流输电系统的重要组成部分。换流变阀侧自身无接地点,但直流侧有接地点,当换流变阀侧区内发生单点接地故障时,随着换流阀的导通和关断,故障电流呈现不规则的变化,换流变自身现有保护可能灵敏度偏低。极端情况下,当Y/Y接线变压器阀侧中性点发生接地故障时,换流变自身主保护无法快速动作。文中从换流变的结构及运行工况出发,定性概括了阀侧接地故障后的电流特征;分析了现有保护系统的特性;提出了基于零序差动和快速零序过流原理的换流变阀侧保护优化方案;并结合现场故障录波及实时数字仿真系统仿真波形对其进行了验证。验证结果表明,优化后判据可以有效提高换流变保护在阀侧区内单点接地故障下的灵敏度、动作速度及故障定位准确度。

换流站内的交流系统故障分析及保护动作特性研究

换流站内发生的交流系统故障会对交直流系统产生严重的危害。通过对换流阀换相电压的特性分析指出:站内发生交流接地时会伴随桥臂短路及交流系统复故障的出现;相间故障则表现为不平衡换相。通过接地故障发生后换流阀的电流时间函数来说明故障电流呈现交流多相短路的特征。通过故障等效交流电路来研究交直流保护特性,并得出结论:对于接地故障,电流互感器(current transformer,CT)安装在不同位置时,阀短路保护、桥差保护均能正确动作;但发生相间故障时,却会造成某些工况下保护不能动作;在连接高端阀的交流系统接地时交流保护的距离元件有时会有超越现象。最后提出采用零序补偿分量的方法来提高启动元件的性能。CIGRE高压直流(high voltage direct current,HVDC)模型验证了分析结论。

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。