基于多故障特征融合的直流配电网单极故障选线方法

为保障直流配电网的可靠运行,提出一种基于多故障特征融合的单极故障选线方法。首先,分析直流配电网单极接地故障后各馈线零模电流及母线零模电压的特征;其次,利用各馈线的零模电流波形、零模电流与母线零模电压间夹角及能量大小的差异,构造零模电流相关性、零模电流与母线零模电压夹角余弦及能量相对熵3种判据;最后,利用模糊理论实现3种选线判据的融合,将故障测度最大的馈线判定为故障馈线。PSCAD仿真验证表明,该方法可克服单一选线方法的局限性,有效提高故障选线可靠性。

特高压直流单极故障引发送端接地极引线过电压计算方法及影响因素分析

接地极引线是特高压直流输电系统的重要组成部分,其运行状态与特高压直流输电工程运行的可靠性密切相关。针对特高压直流单极故障后接地极引线所出现的过电压风险,研究了过电压幅值及振荡频率的计算方法,并基于仿真算例探讨了影响过电压幅值及振荡频率的影响因素。首先,计及特高压直流一次系统以及控制系统行为,推导了特高压直流单极故障后接地极引线首端电压扰动的传递函数,提出了基于传递函数求解过电压峰值及电压振荡频率的方法。其次,利用西南某实际±800k V特高压直流系统实际录波,验证了传递函数的有效性。最后,基于仿真算例分析了直流线路故障位置、接地极引线的长度、电流控制器参数以及故障前直流的正常运行电压等因素对故障后接地极引线过电压峰值及振荡频率的影响。

(特)高压直流线路单极故障隔离策略

目前,基于线路换相变流器(LCC)的HVDC系统依靠常规控制系统实现线路故障隔离,存在隔离过程中电流峰值大、过流持续时间长的不足。为此,提出一种基于状态空间法的故障隔离策略。首先,建立线路整流端、逆变端单极金属性故障的等值电路,利用状态空间法求解故障电流和换流器电流的时域表达式;其次,基于电流特征分析,利用非线性规划方法求解故障后每个时段的最佳触发角,以降低故障电流峰值和过流时间并得到故障隔离策略。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明了所提方法的有效性和对维持系统安全稳定的积极作用。

直流输电单极故障引发接地极线路击穿的定位方法研究

为实现直流输电单极故障引发接地极线路击穿故障点的快速准确定位,缩短供电恢复时间,提出一种基于换流站故障录波的接地极线路击穿点定位方法。通过理论分析,得到直流输电单极故障情况下换流站中性母线电压U_(DN)振荡频率随接地极线路等效电感的变化规律,结合接地极线路模型并考虑参数频变特性的影响,构建了基于"频率—电感—距离"三者关系的击穿点定位算法。利用西南至华东某特高压直流工程实际故障案例对方法进行了验证。结果表明:该方法的有效性和精度满足实用要求,且无需额外增加换流站软硬件配置,便于工程应用。

多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法

精准可靠的输电线路故障定位方法对于维持多端柔性直流系统稳定运行至关重要。为解决过渡电阻、行波色散对线路测距的干扰,有效提高输电线路故障定位精度。以先定区段再定位的思想,提出一种采用小波包奇异熵和一维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法。在接地故障发生时,提取不同区段线模电压组成特征向量,结合1D-CNN分类模型完成区段识别。故障区段确定后,利用小波包奇异熵提取故障区段双端线模电压的深层故障特征,并基于特征提取结果建立1D-CNN回归模型进行故障定位。为避免模型训练时陷入局部最优,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对1D-CNN模型进行参数寻优。利用PSCAD/EMTDC建立±500KV四端柔性直流仿真系统模型,进行了多种工况的单极接地故障仿真与定位性能测试。仿真结果表明,所提定位方法具有良好的耐过度能力,在50kHz的采样频率下定位误差保持在0.22km以内。

考虑放电耦合的MMC-HVDC系统直流线路单极接地故障电流的计算方法

直流线路单极接地短路故障是基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)系统中最常见的故障类型,分析其故障特性、掌握故障电流水平对于继电保护的设计及相关参数的优化具有重要意义。作为分析基础,首先分析并得出MMC直流侧故障电流表达式,然后重点针对金属回线单侧接地方式的MMC-HVDC系统,分析了直流线路故障后的故障点两侧系统在接地电阻上的耦合作用,根据耦合作用的产生原因及本质提出了等效解耦方法,从而得出一种针对单极接地故障电流的实用计算方法。通过对比所提方法与PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真结果,验证了所提计算方法的正确性。

基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网具有不存在换相失败等优点。但换流器存在低惯性、弱阻尼等特性,导致故障电流上升速度快且峰值高,对系统危害极大。针对直流配电网发生单极接地故障难以准确选择故障馈线的问题,提出了一种基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。首先,利用变分模态分解算法对各馈线零模电流进行分解,选取特征分量。然后,计算特征分量的二阶导数,选择拐点密集区并进行归一化处理,得到各馈线的凹凸波动性。最后,判定凹凸波动性与其他馈线相异的线路为故障线路。仿真结果表明,所提方法能够快速识别故障馈线,且受过渡电阻、采样频率、数据窗和噪声等因素影响小。

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。

采用直流断路器的对称单极多端柔性直流故障清除策略

针对直流断路器应用中直流线路故障快速选择性隔离问题,研究了对称单极多端柔性直流线路故障清除策略。根据对多端直流系统的单极和双极接地故障特性的分析结果,得到了单极和双极故障初期相同的故障电流上升率余弦特性衰减特性。提出了基于电流变化率的方向纵联选线策略,同时设计了采用直流断路器策略实现故障隔离和重合闸的直流线路故障清除方案。通过搭建的PSCAD/EMTDC模型,对单极接地故障时的电流上升率特性和设计的直流线路故障清除策略进行了验证,仿真结果证明了电流上升率特性的正确性以及所述故障清除策略的有效性。

基于Pearson相关系数与广义S变换的低压直流微电网的故障选线方法

针对低压直流微电网线路的故障选线方法的研究有限,提出一种基于Pearson相关系数与广义S变换的故障选线方法。首先,介绍了低压直流微电网的一般组成。在此基础上,研究了低压直流微电网的单极故障以及极间故障的故障特征,提出选线方法,对各线路正负极首末端电流差进行Pearson相关系数计算来确定故障线路。然后对所选故障线路正负线路首端的电流量进行广义S变换,计算出其能量和的比值判别故障极性或者极间故障。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建出低压直流微电网模型以输出各线路电流数据,并利用Matlab对数据进行仿真。结果表明,所提选线方法直接有效,且耐受过渡电阻的能力较强。

±800kV特高压直流输电线路单极接地故障过电压产生机理及影响因素

将特高压直流输电线路单极接地故障过电压分成第一次跃升和第二次跃升2个过程,并基于极线间的电磁耦合作用和波过程阐述了2次电压跃升的产生机理;分析了直流滤波器主电容、直流滤波器型式、直流控制系统、杆塔接地电阻、线路中点杆塔是否装设避雷器、输电线路参数和输送功率等多种因素对该过电压的影响。仿真结果表明,直流滤波器主电容参数是限制单极接地故障过电压的关键因素,其他因素对该过电压影响不大,为控制过电压幅值不超过额定电压的1.7倍,建议±800 k V特高压线路的直流滤波器主电容参数取值范围为1-2μF。

基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障分析

伪双极模块化多电平换流器(MMC)直流输电系统发生单极接地故障时的故障电流较小,在高阻故障下故障电流更是极其微弱,很难快速识别单极接地故障。考虑MMC直流输电系统中,单极接地故障暂态过程与其他类故障暂态过程的故障回路的区别,提出一种基于感性模糊识别的单极接地故障识别方法。利用电流变化率与电压的相关系数近似表征回路测量点的电感特征,定义正、负极相关系数的比值为感性模糊系数。根据感性模糊系数的符号识别单极接地故障,然后根据感性模糊系数的绝对值判断故障极。大量仿真实验表明,所提方法有较强的速动性和灵敏性,并有很强的耐受过渡电阻能力。

基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。

直流配电网单极接地故障定位方法

本文首先分析了换流器直流侧经钳位电阻中点接地的优势。在此基础上,建立了直流配电网单极接地故障的模型,分析了故障电流的特征,发现故障暂态电流为线路分布电容充、放电电流,距离故障点越近,流过的暂态电容电流越大。利用快速傅里叶变换提取暂态电容电流特征频段的总能量,通过比较各分支的总能量确定故障点方向,并利用树状图搜索确定故障区间。进而在故障区间上利用负荷电流和故障区间端点的残余电压计算故障距离。在Simulink/Matlab中搭建了数字仿真模型,仿真结果验证了该方法的有效性。在实验室进行了物理模拟实验,对本文方法进行了验证。

基于VSC的直流电网输电线路单极接地故障分析

研究单极接地故障的故障特性对解决直流输电系统故障诊断、保护设计等关键问题具有重要意义。本文将直流输电系统的单极接地故障过程分为直流侧电容放电、网侧电流回馈和电压恢复3个阶段,并针对不同接地阻抗情况下系统暂态特性,推导出各故障过程中的电容电压和放电电流的时域表达式。通过分析故障过程中直流电压的振荡特性,直流系统可通过增加阻尼避免因网侧电流回馈导致该阶段二极管过流击穿。对于单极接地故障,直流系统可通过非故障相单极运行,使其在电压恢复阶段具备短时持续运行能力,为故障清除争取时间。通过搭建两端VSCHVDC仿真系统,对直流系统的单极故障特性进行验证。

基于电流相关性的直流线路单极故障保护方案

目前,柔性直流配电网得到快速发展,但其直流线路保护方案还不成熟,特别是基于模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的直流配电系统,单极接地故障时故障电流不明显,给故障识别增加了难度。针对这一问题,考虑直流线路的分布电容效应,提出一种采用Pearson相关系数计算正负极电流相关性的单极接地故障识别方法。区内故障时,线路每端的正极电流与负极电流均呈强正相关特性,而区外故障时,靠近故障端的线路正负极电流正线性相关性较差。以直流电压变化率作为故障识别启动判据,给出具体的单极接地故障保护方案。在PSCAD/EM TDC平台中搭建了光伏直流接入系统仿真模型并进行了验证,结果表明:该方案可快速、可靠地识别区内外故障,并具有一定耐受过渡电阻的能力。

基于相似度比较的环状柔直配电网线路单极接地故障保护

直流配电网线路发生单极故障的概率较高,同时受过渡电阻变化范围较大的影响,故障识别难度大。首先,针对环状直流配电网的中压直流线路单极接地故障的保护问题,分析了单极接地故障后系统的零模网络。基于系统的零模网络,分别建立了区内、区外故障的数学模型,并通过Hausdorff距离算法对任意时刻零模差动电流采样信号和由区内、区外模型求得的零模差动电流值分别进行相似度比较,实现故障的快速识别和隔离,保护定值整定简单。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了所提保护方案的可行性,结果表明该方案识别准确度高、耐受过渡电阻能力强。

含风电特高压直流系统单极接地故障暂态特性研究

大型风电能源基地通过特高压直流工程外送时,风机的接入使电网运行特性更加复杂多变,有必要研究单极接地故障下含风电场的特高压直流系统暂态特性。文中建立了风电接入的特高压直流系统电磁暂态仿真模型,通过等效模量法分析了单极接地故障下直流侧过电压的产生机理,讨论了交流侧及风机并网点电压波动的原因;在此基础上,研究了接地点位置、端部阻抗、功率输送等因素对系统电磁暂态特性的影响及规律。结果表明,双极运行下单极接地故障发生在线路中点时,健全极过电压最大;直流滤波主电容对健全极过电压影响较大;故障时无功功率不平衡导致风机接入点电压升高,该过电压与系统功率输送有关,可引起风机高压脱网并使故障继续扩大。文中获得了含风电特高压直流系统及风机的暂态特性及影响因素,对于指导过电压的抑制具有重要的参考价值。

张北柔直电网单极接地故障短路电流计算方法及接地策略

基于模块化多电平换流器的柔性直流电网在消纳可再生能源等方面具有广阔前景,而单极接地故障是柔性直流电网中最常见故障,因此故障电流水平的研究对电网规划和设计具有重大意义。分析了张北直流电网单极接地故障的放电机理,通过阻抗高频特性提出故障电流计算方法,所提方法对真双极系统直流侧单、双极短路故障均适用,且最大误差不超过4%,为系统绝缘配合、接地网设计提供指导。根据对短路电流特性和直流电网接地极、线路侧重的分析,提出了直流电网接地策略,显著降低了直流电网故障电流水平。所提计算方法和接地策略在PSCAD/EMTDC仿真平台上得到了验证。

MMC-MTDC系统单极接地故障电流计算方法

直流线路单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的多端直流(multiterminal high voltage direct current,MTDC)输电系统最常见的故障类型,分析其故障电流暂态特性对于故障类型的判断、保护配置的设计、系统参数的优化具有较大的工程意义。提出了一种适用于MMC-MTDC输电系统处于单极接地故障下,故障电流的计算方法。首先完整分析了多端直流系统单极接地故障演化机理;然后对单个换流站进行简化等效,进而将多端直流系统简化为RLC等效电路;根据基尔霍夫定律推导出故障前系统的状态方程;故障发生后,通过修改故障前状态方程中的状态变量及系数矩阵,用微分方程数值解的方法求解状态方程,进而求得故障电流。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件上,搭建了三端MMC直流输电模型,仿真结果验证了故障电流计算方法具有较高的精确度。