基于相序电流一致性的小电流接地故障方向算法

为解决小电流接地系统故障方向保护问题,提出一种基于三相稳态电流突变量与零序电流一致性关系的小电流接地系统故障方向算法。根据小电流接地系统中单相接地故障后三相电流突变量变化特征得出,在接地故障发生后,健全路径三相电流突变量与零序电流一致性关系相同;不接地系统中故障点上游故障路径三相电流突变量与零序电流的一致性关系存在明显差异;而谐振接地系统中故障点上游故障路径三相电流突变量与零序电流的一致性关系主要取决于消弧线圈失谐度。利用三相稳态电流突变量与零序电流的一致性关系可实现故障方向判断,仿真和现场实验验证了方法的正确性。

基于电压变化量幅值比较的智能配电网故障方向元件

为解决包含分布式电源智能配电网中故障方向的检测问题,提出一种基于电压变化量幅值比较的故障方向检测元件。该元件根据不同位置故障下电压变化量的分布特点,通过比较保护安装处母线电压变化量与定义的工作电压变化量的幅值大小判断故障方向。考虑到智能配电网系统阻抗、线路阻抗和负荷阻抗角度变化范围较大的特点,研究了工作电压变化量中整定阻抗幅值和角度的取值原则,针对不同的阻抗特征,采用不同类型的判据配合工作,以提高故障方向元件的可靠性。DIgSILENT仿真验证了基于电压变化量幅值比较的故障方向检测原理的可行性和可靠性。

基于故障方向测度的配电网故障区段定位方法

为了解决配电网单相接地故障定位难题,针对不接地电网提出一种基于故障方向测度的配电网故障区段定位方法。以负荷电流为参考量,构造基波零序电流故障方向测度,应用相空间重构方法提取暂态相电流故障方向测度,用来指示单个测量点的故障方向并定量评价故障特征的明显程度。建立基于故障方向测度的多指标决策优化模型,并引进可信度理论将多指标决策问题转化为单目标优化问题,实现了基于多测量点的故障定位。仿真算例和模拟实验验证了方法的正确性,并且在故障方向测度信息不可靠的情况下该方法仍能准确定位,具有较好的容错性能。

仅利用零序电流的谐振接地系统接地故障方向算法

由于多数终端难以获得零序电压或三相电压信号,限制了暂态功率方向法在小电流接地故障定位、多级保护、分界技术的应用。分析了谐振接地系统单相接地时故障点上游与下游的零序电流工频分量、暂态主谐振分量以及衰减直流分量与故障初相角的关系,发现可利用零序电流工频分量作为零序电压的极化相量,进一步识别故障方向。当零序电流工频分量初相位分别在(-45°,75°)或(135°,255°)以内,暂态主谐振分量初相位分别在(-30°,30°)或(150°,210°)以内时,或者衰减直流分量与工频分量幅值之比大于预设门槛时,故障方向为正,否则故障方向为负。仿真和现场实际故障数据验证了算法的正确性。

考虑并网运行微电网故障方向识别的逆变型分布式电源故障控制

微电网具有双向故障电流,其保护的一个关键问题是如何准确判别故障方向。对微电网正序故障附加网络的分析表明,逆变型分布式电源(IIDG)正序故障分量阻抗角所在象限决定了正序故障分量方向元件在并网运行微电网中的适用性。然而,IIDG功率输出策略的多样性和故障后IIDG并网点电压变化的不确定性导致IIDG正序故障分量阻抗角所在象限无法确定。对此,该文提出一种多阶段的IIDG故障控制方法,通过改变IIDG在特定时间窗口内的故障响应特性将其正序故障分量阻抗角控制为给定值,从而在微电网中构造出不依赖于IIDG功率输出策略的正序故障分量特征。基于Simulink的仿真结果验证了采用所提出IIDG故障控制方法时微电网故障方向识别的准确性。

基于电流变化率与短路合闸角综合判据的船舶交流电网短路故障方向判断

对船舶交流电网三相与两相短路电流变化率的特性进行理论分析,研究短路合闸角、功率角及线路阻抗等参数对短路电流变化率的影响,分析短路初始阶段电流变化率的正负极性与短路故障方向之间的对应关系,在此基础上,提出基于电流变化率与短路合闸角的短路故障方向综合判据。应用该判据,通过检测和比较短路合闸角与短路初始阶段电流变化率的正负极性,即可实现短路故障方向的快速判断,因而对采样精度要求不高,所需的实时数据量和计算量较少。仿真结果验证了该短路故障方向判断方法的有效性。

基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法

目前灵活接地系统的接地保护大多直接采用小电阻接地系统的定时限零序过电流保护,存在高阻接地时保护灵敏度不足以及故障信息利用不充分等问题。通过分析灵活接地系统发生单相接地故障时,并联小电阻投入前后故障点上、下游及健全线路的零序测量导纳特征,发现并联小电阻投入前后故障点下游及健全线路的零序测量导纳不变,模值比为1,而故障点上游线路零序测量导纳的模值比远大于1,基于此提出了基于零序导纳变化的灵活接地系统接地故障方向判别算法。数字仿真和现场试验数据表明,该方法准确率高,不易受线路参数和过渡电阻等因素影响,可与定时限零序过电流保护配合使用,能满足现场实用要求。

半波长输电线路短路故障后的故障方向特性

半波长交流输电作为超远距离输电技术受到广泛关注。半波长交流输电线路的故障特征与传统输电线路不同,原有的方向元件应用到半波长交流输电线路时需要重新研究。通过理论推导和仿真分析,研究了半波长线路发生故障后,稳态工频量、故障突变量和故障行波量表征的故障方向特性。与常规输电线路相比,半波长线路反向故障时,稳态工频量(零序量)和故障突变量的电压电流相位差不再位于(45°,90°)之间。此外,用故障行波量表征半波长线路故障后的故障方向时,不能像常规输电线路一样采用几十上百kHz的频带,而应该用相对较低的频带。研究结果表明稳态工频量、故障突变量和故障行波量基本上仍可以表示半波长线路故障后的故障方向,不过在具体的故障方向特性上不同于常规输电线路,为方向元件应用于半波长输电线路奠定基础。

适用于逆变型电源接入的故障方向判别新方法

由于新能源电源馈出的短路故障特性与同步发电机存在较大差异,当传统方向元件应用于新能源场站的联络线和集电线时,无法保证其动作的正确性。因此根据逆变型电源馈出的短路电流的特点,提出一种适用于逆变型电源接入的故障方向判别新方法。该方法利用序电压进行故障类型判断,在此基础上,根据正、反方向故障时各序电流比值和电流幅值差异,进行故障方向辨识。数字仿真结果表明,该方法在不同故障类型下均能正确判断故障方向,且受过渡电阻的影响较小,具有良好的工程应用价值。

双馈风机风电场联络线出口故障方向判别

由于双馈风机风电场故障特性与传统同步机存在较大差别,因此传统方向元件应用于双馈风机风电场时存在适应性问题。针对双馈风机风电场存在的频率偏移、等值内阻抗不稳定和弱馈等特点,提出一种基于时域波形相似度的故障方向元件。根据推算的联络线对侧电压与保护安装处记忆电压波形的余弦相似度判断故障方向,能够有效解决双馈风机风电场出口故障方向判别存在的问题。在PSCAD/EMTDC中搭建典型的双馈风机接入系统,仿真结果表明,所提故障方向元件针对不同的故障类型均能有效判断故障方向。

基于故障方向信息的中压光伏微电网保护策略

提出了一种基于故障方向信息的新型中压光伏微电网保护策略。该策略利用能量函数法判断断路器的故障方向,然后根据故障方向信息对光伏微电网外部、公共母线和馈线故障进行定位,并构建馈线故障方向矩阵、断路器-支路矩阵和支路-断路器矩阵,以矩阵运算实现馈线支路故障的快速定位与出口跳闸。仿真结果表明,所提出的光伏微电网保护策略能够实现故障的快速定位与隔离,有效地保障中压光伏微电网的安全稳定运行。

基于风机弱馈特性的集电线路故障方向判断

风电场集电线路发生反方向故障时,集电线路电流保护可能因流过反向短路电流而误动,须安装方向元件。针对传统功率方向元件受集电线路接线方式及风机低电压穿越方式影响而无法正确动作的问题,提出了一种新型的集电线路故障方向判断方法。该方法利用在线路发生正、反向故障时,因风机的弱馈特性保护所感受背侧系统等效阻抗存在明显差异的特征,能够快速可靠地判断出故障方向。文章搭建了集电线路仿真模型,通过仿真试验验证了该方法应用于集电线路的适应性和正确性。

基于故障分量等效阻抗模型的故障方向判断方法

论述了根据故障分量计算等效阻抗并在线判断故障方向的原理,通过求取负荷等效阻抗,利用系统侧和用户侧故障时等效阻抗的符号差异来判断配网故障方向。该方法基于电路基本原理,将非线性电路的微分方程组转化为矩阵运算,保证了算法的精度和速度。通过EMTDC仿真及动模实验进行验证,可在5 ms内准确判断故障方向,满足在线应用的需要。

基于方向记忆及故障特征分级的故障方向判别方法

基于方向记忆的故障方向判别方法是通过对不同故障时间区间的故障方向判别数据进行统计,得出各时间区间内故障方向判别结果出现的概率,并与各时间区间预先设置的最小概率值进行比较,从而得出方向元件的判别结果。设置2级故障特征参数,根据故障时的故障分量特征等级,对故障分量方向元件及功率方向元件的判别结果进行取用决策,实现了故障方向定位。

一种基于高频暂态能量的含分布式新能源配电网的故障方向判别方法

近日,国家知识产权局公布专利“一种基于高频暂态能量的含分布式新能源配电网的故障方向判别方法”,申请人为国网陕西省电力公司电力科学研究院。本发明公开一种基于高频暂态能量的含分布式新能源配电网的故障方向判别方法,利用故障时网架储能元件暂态能量交互与传递特性,构造一种基于高频暂态能量的方向元件,该方向元件判据由方向元件安装处测得的电压、电流高频故障分量积分得到,能够适用于不同故障位置、不同故障类型情况,能够可靠判别故障方向,为含新能源的配电网线路保护动作提供有效支持。

MMC接入的交流侧线路故障特征及故障分量方向元件的动作特性

高压大容量柔性直流系统经模块化多电平换流器(MMC)接入交流电网时,MMC的控制策略将导致其故障出力有别于传统同步发电机。基于MMC的控制策略和柔性直流系统的接地方式,研究了MMC接入的交流侧线路发生故障后的电压、电流相量特征,并分析了其对故障分量方向元件的影响。理论分析结果表明,在交流侧线路发生故障后,公共耦合点(PCC)电压相位可能发生较大变化,进而影响MMC输出正、负序电流的实际相位;零序方向元件仅适用于联接变压器采用Y0/d接线的场景,取决于柔性直流系统的接地方式;正序突变量、负序方向元件计算的阻抗角受电网故障穿越需求所决定的MMC控制系统d、q轴电流参考值的影响显著,可能导致MMC侧方向元件在正向线路故障时和电网侧方向元件在背侧系统故障时的误判。理论分析结果与典型工程PSCAD模型的仿真相吻合。

基于电压相序突变信息的配电线路单相断线故障方向识别方法

随着配电线路绝缘化率的提高,断线故障成为配电网常见故障之一。以不接地系统为例,根据单相断线故障模型与中性点偏移电压的分布范围,分析了配电线路发生断线故障时断口前后电压相序的变化特征,发现由于断口后故障相电压由两个健全相电压合成,断口后电压相序发生改变,而断口前电压相序不变。基于此特征,提出了一种基于电压相序突变信息的配电线路单相断线故障方向识别方法。MATLAB/Simulink仿真表明,所述方法具有不受过渡电阻、负荷大小影响的特点,能够在各种断线形态下可靠识别故障方向。

DFIG等效序突变量阻抗相角特征对故障分量方向元件的影响分析

故障分量方向元件是方向比较式纵联保护的重要组成部分,但风电大规模接入破坏了传统故障分量方向元件的最佳应用环境。为了研究双馈风电机组对故障分量方向元件的影响,提出了等效序突变量阻抗的概念,基于双馈风电机组暂态模型,推导了等效序突变量阻抗的解析表达式;针对故障后投入撬棒与变换器控制两种工况研究了双馈风电机组等效序突变量阻抗的相角变化特征;进而分析了双馈风电机组对不同故障分量方向元件的影响机理,指出等效序突变量阻抗相角的大范围变化可能造成故障分量方向元件的灵敏性不足或者误判,最后通过仿真实验验证了分析的正确性。

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法。文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系。结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围。给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素。最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础。

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。