Identification of Lightning Stroke and Fault in the Travelling Wave Protection

To resolve the impact of transient high frequency signals induced by lightning stroke on the travelling wave protection of transmission line, a novel identification algorithm is proposed. Using the characteristics of symmetric current wave-form induced by lightning stroke without causing fault and that of asymmetric current waveform generated by fault within a very short time interval, the waveform of transient current above and below time-axes are integrated respec-tively. First, through comparing the relative ratio of them with threshold value, the primary criterion identifying fault and lightning stroke is constructed;Secondly, to improve the reliability of discrimination between lightning stroke with and without causing fault, according to the difference of them, the secondary criterion is also defined. The simulation results and analysis demonstrate that the proposed integral criterions are valid and correct.

基于双端初始电流行波时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔性直流电网在线路区内外故障下两端保护所在处ICTW的故障特性进行分析,总结出在特定时间窗内,区内故障下两端ICTW的频域相似度远高于区外故障。在此基础上,利用S变换对双端ICTW进行时频分析,建立时频矩阵,并对其做奇异值分解(singular value decomposition,SVD)。然后根据特征矩阵构造双端ICTW的相似度计算公式,以该相似度的大小判别线路区内外故障。另外,根据线路两端ICTW的高低频能量比识别雷击干扰。最后,各种故障情况下的仿真结果表明,该保护原理不依赖线路边界元件,可以保护不同长度线路的全长,具有更高的耐过渡电阻和抗噪声能力,并且能够满足柔性直流电网主保护的速动性要求。

基于行波时差法的配电网故障诊断方法

针对配电网结构复杂故障难以精确诊断的问题,提出了一种基于故障行波时差的配电网故障诊断方法,实现对配电网故障点的精确定位及故障类型的判断。根据线路行波传输特性及故障点距离计算理论,构建配电网线路状态方程,将计算的理论值代入状态方程,输出故障搜索矩阵,利用矩阵变化的特征来诊断线路的故障情况。最后,利用行波到达多端时刻差解决线路中波速变化造成的故障定位不准确问题。该方法经配电网仿真模型验证具有有效性,可以准确诊断出不同阻值接地故障。

基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡(SSO)的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器(RSC)的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。

基于反向行波幅值比的对称单极柔性直流系统行波方向保护

快速可靠的方向保护对直流线路保护研究具有重要意义。传统行波方向保护基于正反向行波幅值比识别故障方向,保护动作速度快且无需依赖线路边界,应用前景广阔。但研究发现,当对称单极运行的模块化多电平换流器柔性直流系统发生单极故障时,由于换流站各桥臂子模块投入数量的动态变化会导致直流侧等值阻抗不断变化,从而导致以行波反射系数为整定依据的传统行波方向保护失效。为此,该文提出不依赖线路边界且不受换流站控制响应影响的行波方向保护原理。首先,利用换流站直流出口直流电抗器两侧暂态电压幅值比识别故障是否发生于直流线路侧;然后,利用各条线路反向行波幅值比确定故障线路,有效地消除了换流站控制响应的影响;最后,通过大量的仿真算例充分验证了该文所提方向保护的优势和可行性。

超高压线路暂态保护中雷电干扰与短路故障的识别

未导致故障的雷击可能会造成超高压线路暂态保护的误动,对这种雷电干扰的识别是暂态保护实用化必须要解决的一个棘手问题。全面分析了输电线路中雷电干扰和故障情形的模量行波大小与行波波形,发现如下特征:感应雷作用下三相线路中的线模量远小于地模量;重型直击雷的波头部分和截波处都突变剧烈;轻型直击雷的波尾时间显著小于短路行波的持续时间。基于此,提出了轻型直击雷、感应雷与重型直击雷、普通短路故障的识别原理,以及利用小波变换的雷电干扰实用识别算法,大量EMTP仿真表明该识别原理可行、算法可靠,有望解决暂态保护在雷电干扰时的误动问题。

基于回路电流故障主导波头到达时差的输电线路故障测距

不依赖对侧数据且可靠、有效地辨识波头对促进行波自动测距实现具有重要意义。通过理论分析,获得了故障电流行波在回路内的传播特征。故障初始行波除了沿故障线路传至变电站观测母线外,惯常的环式接线拓扑为其提供了另一条由健全线路构成的返回至该观测母线的通路,使得故障线路和健全线路上的电流行波测点将各自检测到一次故障主导行波,并能通过群体比幅比相来与干扰波相区分。在此基础上,提出了利用同一变电站内故障线路和健全线路上观测到的故障主导波头的到达时差来定位故障的新方法。与传统双端行波测距相比,该方法具有无需依赖对端通信和双侧时钟同步的优势;与传统单端行波测距相比,避免了故障点反射波识别这一难点环节。理论分析和现场实测数据均表明该方法正确、有效。

现代行波故障测距装置及其运行经验

介绍了 XC- 1 1型现代输电线路行波故障测距装置的构成及工作原理 ,并总结了该装置自1 995年以来在我国电网中的运行经验。该装置直接采集常规电流互感器二次电流信号 ,并采用 3个独立的单片机系统分别完成高速数据采集与处理、GPS时间同步与锁定以及通信和人机对话等功能。装置实现了 A,D,E等 3种现代行波故障测距原理 ,其中 A型和 E型均为单端原理 ,而 D型为双端原理。运行经验表明 ,该装置具有较高的可靠性、准确性及性能价格比 ,其平均绝对测距误差不超过 40 0 m,最大绝对误差不超过 90 0 m。

影响输电线路行波故障测距精度的主要因素分析

行波测距是利用高频故障暂态电流、电压的行波来间接判定故障位置,包括单端行波测距法和双端行波测距法。文章对行波故障测距装置在实际应用过程中可能影响行波法测距精度的一些主要因素进行了讨论,包括雷电波的影响、故障时电压相角的影响、故障类型的影响、故障位置的影响、母线端接线的影响、线路类型的影响等,并提出了相应的解决方案。

基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法

为减少电网故障行波传播色散特性对行波波头检测和波速测量的影响,提高电网故障行波定位的准确度,提出了基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法。该法结合小波包技术与傅立叶变换的谱分析,对行波信号进行分析,提取能量相对集中的故障频带信号进行故障行波定位计算;行波到达时间由该频带相应尺度下的小波包能量时谱提取的行波特征点位置计算;该频带行波传播速度由输电线路两端对外部扰动的实测行波数据计算。大量的电网故障行波定位ATP仿真分析结果和现场实验测试分析表明,该电网故障行波定位方法能有效提取电网行波特征信号,减少行波传播色散特性和线路长度变化的影响,定位误差<200m。

基于网络的故障行波定位算法

为了解决电网故障双端行波定位中任一定位装置故障、启动失灵或时间记录错误等导致的定位失败难题,提出了基于网络的故障行波定位算法,根据电网中故障行波到达各变电站的精确时间和行波传输的最短路径进行综合定位计算。运用Floyd算法计算电网的最短路径矩阵,匹配行波波头到达各变电站的精确时间;分析不经过故障线路的最短路径,在线计算行波传播速度;并寻找经过故障线路的最短路径,在线计算故障点位置;为每个变电站设置权重,对所有不同路径的计算结果加权求和,得到故障点的精确位置。EMTP仿真分析和现场运行结果表明,该定位算法误差小于150m,可靠性高、鲁棒性强,较好地满足了电网运行要求。

一种高压电网电压行波信号的提取方法

行波信号的有效提取是高压电网行波保护和行波故障定位的前提,针对传统电容式电压互感器不能传变暂态高频信号的缺陷,提出了一种电压行波信号的提取方法。利用电容式电压互感器或电流互感器的套管末屏电容,设计了电压行波提取电路,考查了其频率响应特性。利用EMTDC分别仿真了提取电路对不同频率段、不同故障初始角和不同故障电阻的暂态电压信号提取响应,理论分析和仿真结果表明:该方法能够有效地提取暂态高频信号,正确反映一次侧特定频带的电压行波特征,很好地解决了行波保护或暂态量保护及故障定位中暂态电压行波提取的难题。

新型输电线路单端电气量组合故障测距方法及其试验研究

针对原有的组合测距方法中阻抗法测距精度较低、划定故障范围较大而导致可能出现精确行波测距失败的问题,提出采用基于分布参数模型的阻抗法配合行波法构成新型单端组合测距算法,进而在高精度故障录波与测距系统硬件平台上实现了所提出的方法,并用RTDS和暂态行波保护测试仪对该方法进行了系统的测试检验。测试结果表明,所提故障测距方法在测距精度、测距稳定性和鲁棒性等方面都有了提高。最后分析了所提方法产生误差的原因。

极化电流行波方向继电器

电容式电压互感器不能有效传变宽频带的电压故障行波信号,使得传统利用电压故障行波构成行波方向继电器的保护算法不能应用于实际电力系统保护中,为此提出了一种极化电流行波方向继电器。该方向继电器以电压故障行波中工频分量初始极性与电流故障初始行波的波头极性相比较判定故障方向,解决了传统行波方向继电器因不能有效获取宽频带电压故障行波而无法应用于实际电力系统保护的问题。文中给出了极化电流行波方向继电器的基本原理及保护算法,并用电磁暂态仿真软件ATP(alternative transient program)进行了大量的仿真。仿真结果表明,新的方向继电器动作速度快,不受故障类型、故障距离、过渡电阻和电流互感器饱和的影响,具有良好的动作特性。

行波距离保护中识别第2个反射波性质的新方法

行波距离保护中存在对端母线反射波影响测距准确性的问题,为此提出一种新的可以统一识别各种接地故障下第2个反射波性质的方法,并给出实现方案。首先通过相模变换,提取初始行波和第2个反射波的0模分量极性以及3个分别以A、B、C相为基准的1模分量极性。然后将初始行波0模分量和3个1模分量的极性关系与第2个反射波0模分量和3个1模分量极性关系进行比较,如果至少有2组关系相同,则为故障点的反射波;如果最多只有1组关系相同,则为对端母线的反射波。大量仿真表明,该方案能正确识别各种接地故障第2个反射波的性质,且不受两端母线结构的影响。

极化电流行波方向继电器的实现方案

根据极化电流行波方向继电器(PCTDR)的基本原理和特点,给出了PCTDR的整体设计方案。并设计了以复杂可编程器件(CPLD)、高速数字信号处理器(DSP)和高性能微处理器(MPU)为核心的基于三CPU结构的超高速行波保护板,给出了其硬件设计方案及主要软件流程框图。同时给出了行波方向纵联保护的构成方案和动模实验室测试结果。测试结果表明:超高速行波保护板可实现同步数据高速采集、实时高速数据处理及保护逻辑快速判断的功能;PCTDR的方向判别可在5ms内完成,行波方向纵联保护的整体出口跳闸时间在15ms左右;行波方向纵联保护动作速度快,不受电容式电压互感器传变特性、电流互感器饱和、故障类型、故障距离和过渡电阻的影响,具有良好的动作特性。

特高压直流线路自适应行波保护

针对目前直流输电线路行波保护耐受过渡电阻能力差的问题,在系统地分析±800 k V直流线路不同故障暂态特性的基础上,提出了一种利用电压比自适应调整保护定值的极线行波保护新原理及其定值整定原则。采用应用于±800 k V云广直流实际工程运维分析的PSCAD/EMTDC详细仿真模型对保护新原理进行验证,结果表明所提保护原理能有效地提高目前行波保护耐受过渡电阻能力和抗干扰能力,且可在现有行波保护软硬件平台上实现,工程实用性强。

现代行波故障测距原理及其在实测故障分析中的应用—A型原理

长期以来,对输电线路暂态行波现象的研究只停留在理论分析和EMTP仿真方面,而线路上的实际暂态行波波形要比通过仿真获得的暂态行波波形复杂得多,这使得迄今为止所提出的各种单端行波测距算法难以发挥作用。为了将利用故障暂态行波的A型单端现代行波故障测距原理更好地用于实测波形分析,将其划分为3种独立的运行模式,即标准模式、扩展模式和综合模式,并给出了各自用于实测电流暂态波形分析的典型实例。实测故障分析表明,A型现代行波故障测距原理具有很高的准确性,其绝对测距误差不超过500m。

输电线路雷击与故障的积分识别方法

针对雷击输电线路产生的暂态信号对行波保护的干扰,提出了一种雷击干扰与短路故障的积分识别方法。在详细分析雷击线路未造成故障、雷击造成故障和短路故障的暂态波形特征的基础上,构建综合识别判据。利用线路扰动后较短的时间内非故障雷击的波形对称性和故障时的波形单调性,分别对时间轴上方和下方的暂态电流波形进行积分运算。其一,根据二者的相对比值大小构成识别故障与非故障性雷击的主判据;其二,利用两个积分值的差构建辅助判据,以提高故障性雷击和非故障性雷击识别的可靠性。EMTDC仿真结果验证了所提积分识别判据的有效性和正确性。

对不受波速影响的输电线路单端行波法故障测距的探讨

在不受波速影响的行波法测距研究中,必须注意研究暂态初始行波、故障点反射波、对端母线反射波相互间的极性关系。而波形处理工具也将影响测距结果。该文通过分析故障初始行波、故障点反射波、对端母线反射波的极性关系来区别不同的行波分量,以暂态电流行波为分析对象,并用数学形态学检测故障波形,对不受波速影响的单端测距算法进一步研究。