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。

基于复频率信号注入的直流接地极线路故障测距方法

在直流输电系统接地极线路配备阻抗监视系统的背景下,可利用高频测量阻抗特性实现故障距离的精确计算。然而,分析发现直流系统接地极线路在不同故障条件下可能产生相同的高频测量阻抗,这意味着测量阻抗与故障距离间不是一一映射关系,由单一测量阻抗难以得到准确的故障距离。文中分析了高频测量阻抗的重合特性随注入信号变化的特征,提出了基于复频率信号注入的故障测距方法,并给出了复频率的选定策略。该方法改进了基于高频测量阻抗幅相特性的接地极线路故障测距方法,实现了故障位置的准确计算。最后,通过仿真算例充分验证了所提测距方法的可行性和精确性。

±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。

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。

直流输电系统单极金属回线运行方式下线路接地故障及保护研究

单极金属回线方式是直流输电系统中最常见的接线方式之一。首先从理论上分析了直流输电系统单极金属回线运行方式下发生线路接地故障时各特征量的变化情况,并借助RTDS实时仿真系统进行了验证;接着以此为依据,以天广、高肇、兴安等由德国Siemens公司设计的直流保护系统为例,介绍了针对这一故障设置的相关保护;然后结合运行实例和仿真,分析了这些保护存在的缺陷如线路后备保护配合不当和无法快速、准确地检测金属回线线路故障等,最后还提出了一些改进建议,并讨论了各种方案的优缺点。这些分析研究,不但有助于提高直流输电系统的运行维护水平,而且对优化直流保护、提高直流输电系统运行的可靠性有很高的参考价值。

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。

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。

±500 kV张北柔性直流电网单极接地故障健全极母线过电压产生机理

为实现我国间歇式清洁能源大规模、远距离消纳,服务低碳奥运,国家电网公司拟在张北建设±500 kV可再生能源柔性直流电网示范工程,是世界上首个具有网络特性的直流电网工程,且与以往工程不同的突出特点是采用架空线构成金属回线网络。建立了基于实际拓扑结构的过电压仿真模型,仿真了直流电网不同位置发生单极接地故障时各换流站的母线过电压水平,发现存在健全极过电压比故障极过电压更大的特殊现象。根据实际物理意义对健全极过电压进行分解,并分析影响程度,得出产生健全极过电压的根本原因是中性点电位抬升的结论;基于金属回线网络的电路结构,研究了接地极电阻、金属回线限流电抗器参数对中性点电位抬升的影响程度,为其他工程的绝缘配合提供理论指导。

直流滤波器对±800kV直流线路单极接地故障过电压的影响

基于极线间的电磁耦合作用和波过程,分析了直流滤波器参数对直流线路单极接地故障过电压的影响机理、直流滤波器电容值和电感值对该过电压的影响以及电容值对该过电压的影响规律。研究表明,直流滤波器电容值会对直流线路单极接地故障过电压产生影响,其中主电容对该过电压的影响最为显著,是控制线路过电压的关键,随着电容值增加,该过电压的增大趋势逐渐趋于平缓,而电感值对该过电压影响不大。将直流滤波器主电容限制在2μF以内,基本可以保证线路过电压幅值不超过额定电压的1.7倍。

基于混合式直流断路器的柔性直流架空线路单极接地故障重合闸方案

为避免柔性直流电网中架空线故障后重合于永久性故障时的过流冲击以及直接重合于瞬时性故障时的过电压对系统造成危害,在系统跳闸后准确识别线路的故障性质并制定智能化的重合方案具有重要意义。针对配备混合式直流断路器的柔性直流电网,分析了混合式直流断路器在架空线发生单极接地故障后的基本动作原理以及故障线路单侧断路器的隔离开关重合后2种不同故障性质下故障线路端电压的差异;研究了瞬时性故障下直接重合断路器转移支路时输电线路上的重合过电压问题及相应的过电压抑制方法。在此基础上提出了架空线单极接地故障的智能重合闸方案。仿真结果表明,该方案能够快速识别线路的故障性质,并根据判断结果,完成相应的重合或再次开断操作,且能有效减小输电线路上的重合过电压。

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。

基于高频电压突变量的特高压直流输电系统接地极引线故障监测方法

为快速检测并切除特高压直流输电系统接地极引线故障,提出了一种基于高频电压突变量的高压直流输电接地极引线故障监测方法。首先分析了接地极引线接地故障时高频电压的特性,在此基础上,提出了利用高频电压突变量作为判据检测接地极引线故障的新方案。所提出的故障监测方法不受高频信号下接地极引线阻抗—距离非单调性质的影响,有一定的抗过渡电阻的能力,对接地极引线参数测量误差具有较强的适应性。并且,该算法可以直接应用于现有的接地极故障监视系统(ELIS)中,无需额外的硬件投资。为验证所提出方案的性能,基于电磁暂态仿真程序PSCAD进行了数字仿真试验,结果表明,当过渡电阻小于200?时,该方法均能灵敏可靠地识别并隔离故障,其在电力系统中具有良好的应用前景。

基于行波原理直流输电系统接地极线路故障测距系统设计

为解决现有的直流接地极线路故障监测系统的不足,需研发接地极线路故障测距系统。采用了基于行波原理的在线故障测距技术,借助了接地极线路故障本身所产生的行波信号来实现故障定位。分析了实现该系统设计所需要解决的超高速数据采集、极址处电源、数据通信等关键技术问题并提出了可行的设计。目前,样机的实验室试运行表明:基于行波原理直流输电系统接地极线路故障测距系统不仅能够连续监测接地极线路上发生的各种类型的故障,而且可以给出准确的故障点位置。

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。

基于数学形态学的直流接地极线路单端行波故障测距

针对直流接地极线路故障暂态行波的传播特点,提出了一种基于数学形态学的单端行波故障测距算法。该算法采用具有滤波功能的形态学梯度变换来处理行波浪涌,在有效滤波的基础上,利用数学形态学梯度变换分离正、反向行波浪涌,不但能取得暂态行波信号突变点的时刻,还具有一定的抗干扰性,而且不存在时间窗长度的问题,有效提高了测距的精度和可靠性。通过PSCAD和Matlab证明了该算法的可行性,有利于提高直流接地极线路单端行波故障测距的可靠性和准确性。

直流接地极线路单端行波故障测距算法

相关函数法是单端行波测距中的经典算法,然而由于故障距离未知,时窗宽度难以确定,宽时窗时,相关函数极值点容易偏移,测距精度较低;窄时窗时,受噪声和波形畸变的影响较大,容易误判。在分析接地极线路的故障暂态行波的特性基础上,提出了基于多分辨相关函数理论的直流接地极线路单端行波故障测距算法。在该算法中,时窗宽度采用2进递减方式,第1层宽时窗作为参考窗口,逐级递减,充分利用宽窄时窗各自的优点,提高测距的可靠性和准确性。通过对接地极线路仿真故障数据的处理,证明该算法能同时保证测距的可靠性和准确性,具有很高的实用价值。

脉冲注入法和单端故障行波法相结合的直流输电系统接地极线路故障测距

分析了直流输电系统在单极运行方式下,接地极线路故障暂态行波和外部注入脉冲信号在接地极线路上的传播过程。以此为基础,提出一种将脉冲注入法和单端故障行波法相结合的接地极线路故障测距方案。首先通过在换流站直流中性母线处监测接地极线路故障暂态行波识别线路是否发生故障,在线路故障暂态过程结束后从中性母线向线路注入脉冲信号。根据脉冲注入法得到初步测距结果,并以此确定故障区段。然后,根据确定的故障区段,进一步用单端故障行波法再次获得测距结果。最后,对两次测距结果取平均值,作为最终测距结果。以PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了直流输电系统在单极运行方式下的接地极线路故障测距仿真模型。并借助Matlab对仿真波形数据进行分析,表明所提出的接地极线路故障测距方案是可行的。

直流输电系统接地极线路故障研究

以天广、高肇和兴安等由德国Siemens公司设计的直流输电系统中为例,首先简介了所设置的接地极线路故障相关保护及运行实例,然后从理论上分析了单极大地运行方式下接地极线路发生接地故障和断线故障时各特征量的变化特点,并通过RTDS实时仿真系统进行了验证;接着根据这些特点,提出了可以准确判明故障类型的改进措施,确保准确检测接地极线路接地故障,并通过启动线路故障重启动功能,提高直流输电系统运行的可靠性。