基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法

由于逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generation,IIDG)的故障特性主要由其控制策略及电网故障情况决定,在不同故障场景和工况下,传统的被动式保护方法存在保护整定和协调困难的问题。为此,提出一种基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法,故障期间控制IIDG主动向电网注入特征信号,保护处利用检测到的特征信号来获取IIDG的基波信息,从而消除IIDG对各支路电流及现有电流保护的影响。由于保护利用的故障特征是由IIDG主动注入的,因此该方法在不同场景和工况下都有较好的适用性,且不需要增加额外的通信和检测设备,具有经济性好和实用性高的优点。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于钳位型断路器的柔直系统控保协同技术

柔性直流系统以其在输电领域的巨大优势而获得广泛应用.但在直流系统中,短路故障的强冲击性与电力电子器件的脆弱性之间的矛盾异常尖锐,现有保护策略难以同时满足高速动性与高可靠性的要求.本文从控保协同思想出发,基于一种电压钳位原理的直流断路器,提出一种新的故障处理模式,初步探究在柔直系统中控制与保护深度融合的可能性.当发生短路故障时,投入断路器和换流器相配合的限流功能,一方面限制电力电子器件的过流,解决其脆弱性问题;另一方面为保护提供边界,辅助实现故障的快速定位.在甄别出故障线路后,利用断路器的故障切除功能将故障隔离.此方案同时实现了故障限流、保护边界和故障切除3项功能,可有效缓减由于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)器件脆弱性所带来的一系列保护问题.在PSCAD/EMTDC中搭建四端双极柔性直流电网模型,仿真结果表明,本控保协同方案能在5 ms内准确识别并隔离故障线路,而且具有较强的耐受过渡电阻能力.

基于MMC主动限流的VSC-HVDC双极短路故障控保协同策略

直流故障保护是柔性直流输电系统发展面临的主要挑战之一,利用模块化多电平换流器(MMC)的灵活控制实现限流已成为当前研究的热点。MMC的主动限流降低了故障电流变化率和故障电流幅值,易引起故障判断以及保护选择困难。文中以对称单极接线的柔性直流系统为研究对象,采用控保协同思想,将主动限流控制与故障识别相结合,提出了基于主动限流因子的故障区域识别与区分方法实现双极短路故障的区域识别与切除。首先,通过在MMC电流内环控制器中附加故障电流目标预设控制器,在故障发生后可快速跟踪故障电流的变化,自适应地调整MMC输出的直流电压将故障电流控制在预设目标参考值附近;其次,根据不同故障位置时故障电流目标预设控制器输出的限流因子快速确定故障区域。最后,在PSCAD/EMTDC中对四端柔性直流输电系统的不同故障场景进行了仿真分析,验证了所提控保协同策略的可行性和有效性。

基于控保协同的微电网注入式保护方法研究

微电网中大量逆变型微电源(inverter-interfaced distributed generator,IIDG)的接入使其故障特性不同于传统配电网,传统保护方案不再适用。该文基于控保协同设计思想,研究基于非工频特征信号注入的微电网保护方法。通过建立IIDG的非工频等效模型,比较基于单IIDG注入和多IIDG注入的方法,提出多IIDG协同注入的策略及其启动判据、并网点滤波器参数整定原则,并设计相应IIDG控制器;当微电网故障时,各IIDG在维持工频输出的同时于短时间内启动特征频率信号输出,在微电网中形成明显的故障特征。理论分析与仿真结果表明,所提策略能够解决特征频率信号分流和多IIDG注入的协同问题,为基于过电流、故障分量等原理的注入式保护方案的应用提供有效的理论支撑和解决方案。

基于控保协同的多端柔性直流配网故障测距方法

柔性直流配电网故障电流冲击大、危害严重,通过改变柔性直流配电网中可控元件的控制策略,可以改变故障特性,进而为故障保护与测距提供支持。为此,提出基于控保协同的多端柔性直流配电网故障测距方法。首先,以四端柔性直流配电网为例,分析配电网的故障特性与限流特性。其次,研究柔性配电网中的关键设备限流电抗器对直流配电网故障特性的影响,并基于此提出直流配电网两阶段控保协同策略。在控保协同第I阶段中,利用限流电抗器的限流特性抑制故障电流发展,辅助故障隔离;在控保协同第II阶段中,控制限流电抗器通断策略,通过短暂重合闸向直流配电网注入可控小电流,进行故障测距。最后,搭建含光/储的四端柔性直流配电网仿真模型,验证所提方法的有效性。

基于控保协同海底观测网供电系统保护方案

海底观测网的供电系统保护问题是海底观测网技术发展所面临的难点之一。负极恒压海底观测网供电系统拓扑结构复杂,故障区段判别困难,故障电流增长迅速、分支单元开断能力有限,致使故障隔离困难。为限制故障电流迅速蔓延,准确判别、可靠隔离故障,该文提出一种基于控保协同的海底观测网供电系统保护方案。首先,利用基于岸基电源直流侧电流变化率的判据来检测海缆故障是否发生,故障后岸基电源进行限流控制来限制故障暂态电流;然后,保护方案利用分支单元电流方向实现支缆故障判别及主缆故障区段判别,利用分支单元/岸基站电压实现主缆故障判别;最后,在有限电流水平下,由分支单元/岸基站断路开关快速动作来实现故障有效隔离。该文利用PSCAD/EMTDC软件搭建了负极恒压海底观测网供电系统仿真模型,验证了所提出保护方案的可行性、有效性。

基于控保协同策略的直流协调控制装置研制

随着数据中心、电动汽车充电设施和分布式新能源等直流源荷的快速增加,传统配电网在接入、消纳等方面均存在明显的不足。利用电流差动、快速通信等方法进行故障识别与系统保护。以具体工程项目为基础,提出一套完整的控保协同策略,并以该策略为基础开发了一套协调控制装置。所提装置的应用可为直流配电网的稳定运行提供可靠保障。

基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法

传统单端量故障线路阻抗计算方法易受过渡电阻和系统参数影响,性能仍存在提升空间。为了提高故障线路阻抗的计算准确性,提出了一种基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法。其利用换流器系统的高可控性,在故障穿越阶段构造2种运行状态,为系统发生不对称故障时故障线路阻抗的准确计算创造了条件。当线路末端含有纯容性串补装置时,所提方法能够准确计算故障线路阻抗,且能根据串补带来的电抗偏差区分对端区内外故障,以保护线路全长。PSCAD仿真结果证明了该方法不受过渡电阻阻值及性质、系统参数影响。该方法在单回线系统和双回线系统中均可应用,其结果可以应用于距离保护和故障测距。

直流微网接地综述与基于控保协同的保护方法研究初探

直流微网可能会对用户供电方式带来变化,该文旨在系统阐述与其保护技术相关内容的研究现状。首先,明确了所研究直流微网的电压等级以及相关的电力电子器件,在此基础上根据运行性能和成本等因素总结了被广泛接受的接线方式。然后,总结了与接地方式相关的多个性能指标并对重要的部分做出解释,在空间上从交流网侧、交流阀侧、直流系统侧和用户侧4个方面阐述了直流微网接地方式的选择,之后讨论了直流侧接地点个数的选择并提出了现有文献对接地选择的争议。最后,总结了各类元件的极间故障特征,并在接地方式的基础上对各种接地故障特征进行了讨论分析。该文简单介绍了现有保护方案,并针对其局限性以及电力电子器件可控的特点,从器件和系统2个方面阐述了基于控保协同的保护方法。最后展望了与直流微网保护密切相关的接地方式、故障分析以及保护方法的研究方向。

基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术

目前,直流微网的保护方案大都依赖于线路两端直流断路器的快速开断能力与通信设备的可靠性,然而现阶段直流断路器成本高昂,且线路两端通信将会大大增加直流微网的建设运行成本。基于以上背景,文中以四端环形直流微网系统为研究对象,提出了一种基于控保协同的单端测距式保护技术。该方法分为故障控制与保护实施2个阶段。在故障控制阶段,通过改变电压源型换流器(VSC)自身以及外加可控元件的主动控制策略,使直流线路故障电流为零;在保护实施阶段,基于采用主动控制后VSC直流侧输出电压的周期性(20 ms)与电力电子元件的可控性,构建VSC与故障点的唯一回路,然后基于传统RL算法即可实现单端无差故障定位,接下来会出现线路电流持续过零,在此基础上,通过快速隔离开关实现故障隔离。该方法基于控保协同思想,消除了环网系统单端故障测距中对端电流的干扰,且线路两端无需配置直流断路器,仅利用快速隔离开关与故障控制策略进行时序逻辑上的相互配合即可实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端环形直流微网系统模型,验证了该控制和保护方案的有效性。

基于控保协同的环形直流微网测距式保护

针对传统单端量测距式保护中对端电流量无法测量的问题,以四端环形直流微网系统为研究对象,提出了一种基于控保协同的单端测距式保护。该方法以传统的R-L线路模型为基础,仅利用单端电气量即可实现精准测距。首先,系统故障发生之后,基于控保协同思想,先对可控器件进行控制,然后实施保护,通过对环形直流微网进行拓扑变换,使其变为单电源系统。其次,通过保护装置采集到的本端电气量即可实现对端电流的精确求解,进而实现单端精准故障定位。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端环形直流微网模型,验证了所提测距式保护的有效性。仿真结果表明,该原理在仿真实验中具有很高的测距精度,测距误差≤3%,且具有一定的抗过渡电阻能力。

基于控保协同的环形直流微网电流式单端测距保护

目前,直流系统保护在故障限流、定位和隔离手段上仍存在不少技术难点。因此,以四端环形直流微网为研究对象,针对极间故障,兼顾选择性与经济性,提出了一种电流式单端测距保护技术。该方法从控保协同出发,仅利用单端电流值即可实现精准测距,且原理上不受过渡电阻的影响。在系统发生极间故障后,对换流器以及外加的电力电子器件进行控制,实现拓扑变换,基于所提测距算法,实现精准故障定位。同时,无需直流断路器,仅通过所配置的快速隔离开关之间的配合即可实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上验证了所提保护原理的精确性。

光伏直流并网系统控保协同故障区段辨识方法

光伏柔性直流并网系统多馈线式的汇集支路,发生直流故障时冲击电流上升速度快,闭锁时间短,可供保护使用的数据信息极短,给保护带来挑战。提出了一种基于控保协同的故障定位方法,通过对DC/DC升压变换器故障控制器的设计,使其具有闭锁后向故障点提供低幅值、稳定可控的故障电流的能力,通过对电流方向的辨识,实现了馈线式线路单端量的保护。仿真证明该保护方法在故障发生后5ms内就可以完成故障区域定位,具有很高的可靠性和较高耐受过渡电阻、噪声和分布式电容能力。该方法为现有直流系统设计及保护原理提供了新的解决方案,且具有一定的工程应用价值。

基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护

柔性直流配电系统中电力电子装置耐受冲击电流能力差,系统1~2ms左右闭锁。目前绝大多数直流保护利用极短数据窗暂态信号构成判据,容易受到噪声、量测误差和控制切换暂态影响,其动作性能受到考验。因此,该文提出了一种基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护。该保护利用端口的本地保护与系统中各变换器间协调控制配合,通过控制切换的方式改变系统中变换器的调制频率,进而将各端口变换器变为具有特征信号的注入源,然后利用特征信号进行计算与检测,最终形成直流线路保护。该保护与传统直流保护相比,解决了变换器快速闭锁后无法给保护提供有效故障信息的问题,同时不需要增加额外设备且无需较高的数据采样频率,有效的在电力电子设备中实现控制保护相结合,原理简单可靠。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建多端柔性直流配电系统,验证了所提保护方法的有效性。

基于控保协同的光伏直流升压汇集系统直流故障判别方法

光伏直流升压汇集系统由于内部直流变压器间特殊的串联形式,正常运行时直流变压器汇集端口电压、电流随光伏单元出力变化而波动,当在系统出力较小且直流侧发生较大过渡电阻故障时,故障特性与正常运行出力波动的暂态过程类似,系统故障特征不明显,保护难以实现故障的准确识别。针对上述问题,设计了基于控保协同的无通信直流故障检测方案。在分析直流变压器谐波产生机理的基础上,通过改变其载波频率产生谐波扰动,并根据谐波流通路径差异实现对系统故障工况的可靠检测。PSCAD仿真结果表明,所提方法仅利用换流器本地量测信息即可实现汇集系统直流故障的可靠识别且不受光伏出力影响。

直流微电网中电压源型变流器故障穿越控保协同策略

目前,直流微电网的保护方案主要是基于传统保护思想,由于直流故障时冲击电流大、上升速度快,可供使用的数据信息极少,导致对保护装置的快速检测和开断能力要求较高,大幅增加了系统的建设运行成本。以典型直流微电网为研究对象,深入分析了AC/DC、DC/DC等电压源型变流器的故障特性,提出了一种具备直流故障穿越能力的电压源型变流器控保协同策略,通过设计通用的直流故障穿越模块,能够在故障发生时快速隔离故障,并主动输出稳定可控的短路电流,以降低保护检测难度;同时,该附加模块还能自动诊断外部故障清除情况,以快速恢复系统运行。最后通过仿真验证了所提控保协同策略的有效性。

基于限流控制与保护协同的柔性直流配电线路整体保护方案

柔性直流配电线路故障后的过电流极高,需要通过限流的方式降低对高开断电流断路器的需求,而限流后现有的保护原理可能会失效,因此,限流技术与保护原理的结合已成为目前直流配电系统发展的迫切需求。为此,利用控保协同思想,提出了一种全周期限流控制策略与相关性保护原理协同的柔性直流配电线路整体保护方案,能够在限流的同时实现故障识别。所提出的全周期限流控制策略在故障发展的前、中、后期利用不同的限流环节有针对性地抑制故障电流,极大地减轻了直流配电网对于高开断电流断路器的需求;与此同时,利用Pearson相关系数综合描述线路两侧正负极电流极性及波形突变特征,可以同时识别区内外故障并且区分故障类型,减少保护冗余,在限流控制策略作用下仍能够可靠动作。在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)中的仿真结果表明:限流控制策略有效降低了故障电流,并且增强了线路两侧电流之间的相关性;保护能够可靠识别故障,不需要严格的通信同步,且不受过渡电阻、数据窗长和噪声的影响,有较好的应用前景。

基于可控IGBT的直流微电网的主动保护控制研究

直流微电网短路下会导致电源烧毁及大量电力电子器件损坏等严重损失,基于电力电子器件的可控性将主动式保护控制应用到直流微电网的短路保护中,以含有多能源储能系统的直流微电网作为研究对象,找出三相AC/DC和三相交错DC/DC两种换流器模式下极间短路故障的共性,在此基础上,提出了一种基于全控性器件绝缘栅双极晶体管IGBT的抑制极间短路电流的直流微电网控保协同主动保护方法及其启动判据,解决直流微电网发生极间短路故障问题,实现利用变换器内本身电力电子元件特性的主动保护。

新型电力系统继电保护面临的问题与解决思路

构建以新能源为主力电源的新型电力系统是实现“双碳”战略目标的关键技术途径。新型电力系统发展背景下,新能源高比例接入,电力系统的输配电形态演变导致系统高度电力电子化,其迥异的运行特性与故障特征导致传统以同步机电源为根本、以线性叠加原理为理论基础的故障分析方法和继电保护原理动作性能受到严峻挑战。文中系统阐述了新型电力系统典型场景下,传统故障分析与继电保护面临的关键问题,进而从新型电力系统的故障特征与规律认知、传统保护适应边界及性能提升技术、不依赖电源特性的继电保护新原理、电力电子设备主动支撑保护需求的控保协调等方面详细阐述了解决思路。

交直流混合电网故障耦合特性分析与继电保护研究

随着交直流混合程度加深,电网运行难度明显增加,保障交直流混合电网安全运行已成为我国电网重大而紧迫的需求。换流站是交直流混合电网的枢纽,区别于传统同步机电源,故障耦合特性呈现复杂性。从换流站对扰动的响应与传递特性出发,阐述了其耦合特性及产生机理,为交直流混合电网的故障分析与保护研究提供了理论基础。在此基础上评估了交直流线路保护适应性,并研究了不同故障时段的继电保护新原理。最后提出了控制与保护协同作用的建议与设想,探讨了进一步的研究方向。