故障极识别与故障测距一体化的智能算法

通过归纳现有的基于神经网络直流输电故障定位方法,分析了故障定位过程中存在的问题,提出了一种针对双极HVDC系统,可实现故障极识别和故障定位一体化的智能化算法。提出分层分布式神经网络结构,依据人工神经网络较强的模式识别功能建立特有的故障极识别模块。采用粒子群算法优化神经网络权值,避免陷入局部极小值点,加快收敛速度。Matlab和PSCAD的联合仿真验证了该算法的精确性。

基于故障电流积分比的直流配电网极间短路选线方案

柔性直流配电系统发生极间短路故障后,系统短路电流大,对系统安全稳定运行产生威胁,同时考虑到电力电子器件的耐受能力,换流器将会闭锁,导致故障信息量减少,对保护方案的速动性和可靠性提出了很高的要求。针对此问题,文章首先分析了直流线路极间短路故障电流特性,然后揭示了故障时区内外故障电流曲线的积分差异,最后提出基于线路故障电流积分比的极间短路选线方案。在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)上搭建基于模块化多电平换流器的直流配电网仿真模型,验证了所述方案的有效性与适用性,具有较好的耐受过渡电阻和抗噪能力。

特高压直流输电工程中性母线开关故障处理策略优化

特高压直流输电工程采用双极共用接地极设计,一个极故障闭锁后需通过极隔离操作实现故障极与运行极的隔离。极隔离操作过程中,如果极中性母线开关发生故障无法分开导致极隔离中断,需配置极中性母线开关故障处理策略继续完成极隔离。根据不同直流故障时对应的工况,分析了中性母线开关故障处理策略存在的不足,基于故障特性优化了故障处理策略,最后通过RTDS仿真试验验证了策略优化的有效性。

基于线路残余能量的柔直输电线路极间故障重合闸

在线路残余能量激励下,电弧会持续燃弧一段时间,现有重合闸等待瞬时性电弧自然熄灭后启动,耗时过长,不利于系统快速恢复供电。基于此,提出一种考虑主动消弧的自适应重合闸。提出引入接地开关,可增加线路电流分量,加快消散线路残余能量,降低电弧燃弧概率。针对瞬时性电弧熄弧速度的差异性,建立多次主动消弧方案。进一步借助皮尔逊相关系数表征差异性辨识故障性质。最后,在PSCAD软件中搭建柔性直流输电系统,与现有直流重合闸相比,提出的重合闸可加速降低线路残余能量,促进电弧熄灭,最长减少170ms的停电时间。

高压直流输电线路极间耦合影响及故障选极方案

为了解决高压直流输电线路极间耦合引起的问题,提出了一种利用单极电气量的故障选极方案。耦合特性分析发现线路极间耦合程度与电气量的频率有关,且频率越高则耦合作用越显著。故障电气量频谱特性理论分析及仿真结果表明健全极电气量中低频信号含量远低于故障极。基于健全极与故障极低频信号差异,提出了仅利用单极电气量的故障极选择方法,并给出了故障选极判据。仿真结果及现场录波数据均验证了所提选极方法的可行性及有效性。

真双极柔性直流系统单极接地故障熄弧时刻识别策略

自适应重合闸不仅应具备区分故障类型的能力,还应进一步对瞬时性故障重合闸时间进行优化,这就需要对故障熄弧时刻进行识别。首先,通过分析接地故障电弧的动态特性,实现故障电弧非线性特征及熄弧时刻的自适应模拟。其次,分析真双极柔直线路故障极端电压熄弧前后的暂态和稳态特性,揭示出熄弧前故障极端电压变化趋势主要取决于零输入响应分量,呈现衰减趋势,而熄弧后故障极端电压主要取决于零状态响应分量,呈现上升趋势。最后,提出一种积分比算法,有效提取故障极端电压在熄弧前后的特征差异,若在循环判断时间内积分比始终不低于阈值,则判断故障已熄弧,并将首次超过阈值的时刻输出为检测熄弧时刻。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提策略的有效性和可靠性。

GIS设备绝缘子高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估

绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电是气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备内部较为常见一种放电。为实现GIS设备中绝缘子表面高压电极故障局部放电严重程度的诊断与评估,建立了一套220kV GIS设备局部放电缺陷发展的试验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面高压电极故障所导致的局部放电进行了长期试验,观察到了放电起始、发展直到沿面闪络的现象,获得了不同试验阶段的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图、时频分析图等多种统计谱图。研究结果表明:1)可以将GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电的放电严重程度划分为3个级别:轻微放电、中度放电以及危险放电;2)随着局部放电的加剧,放电点沿相位的分布逐渐变宽,并且散点图、柱状图、灰度图以及时频分析图等统计谱图的形貌特征出现相应的变化。利用上述局部放电相位分布特点以及多种统计谱图的形貌特征可以作为GIS设备绝缘子表面高压电极故障导致局部放电严重程度诊断与评估的依据。

±800kV特高压直流线路故障选极的极波面积比值法

直流系统一般是双极并列运行,一极线路发生故障时可能会在健全极线路上产生较大的电压变化率和电流变化率,启动判据可能会启动,需正确选择故障极。为此,分析了直流线路的故障特征,分析发现,当直流线路发生故障时,故障极的极波波形远离于零轴,非故障极的极波波形在零轴附近变化,因此故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值将远大于非故障极的极波波形沿零轴的积分绝对值。根据这一特征,提出了一种利用正、负极线极波波形面积比值的特高压直流输电线路故障选极方法。大量数字仿真试验结果表明,该方法抗干扰能力强、对高阻故障具有较强的鲁棒性。

柔性直流配网极间故障控制保护策略与主设备参数配合研究

直流配电网在改善供电可靠性和电能质量、实现分布式电源无扰并网以及城市直流负荷接入等方面,相比交流配网有较大优势。然而直流线路具有故障电流上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件及设备绝缘,因此,对直流线路的故障处理提出了较高的要求。基于MMC的柔性直流配电网可以通过接地方式的设计实现直流线路单极故障穿越,而危害更大的极间短路故障尚无很好的处理方法。以背靠背典型两端直流配电网为例,分析了直流线路极间短路故障时的暂态特性及其对交流系统、换流器及直流侧的影响。分析了极间故障时的控制保护策略及其与主要设备参数的配合关系。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下进行了直流线路极间短路故障的仿真研究,验证了该控制保护配置与主设备参数配合策略的正确性。

基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略

为快速识别并隔离直流极间故障、实现多端直流配电网的极间故障快速恢复,提出了一种基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。研究了由半桥式模块化多电平换流器组成的环形多端直流配电网极间故障暂态特性,并结合目前典型的保护配置、故障选线及控制方法,形成一种基于直流断路器重合闸的控制保护一体化协调配合策略。各保护区内的快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;控制保护一体化装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器、解锁已经闭锁的换流器,在新拓扑结构下实现直流极间故障的快速恢复。最后在PSCAD/EMTDC软件下搭建了六端柔性直流配电网仿真模型并测试了极间故障隔离及恢复特性,验证了所提方案的可行性。

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。

直流配电系统极间短路故障特性分析

直流配电系统故障后换流阀不闭锁运行有助于提高直流供电的可靠性,限流技术的发展及未来绝缘栅双极型晶体管等电力电子器件过电流能力的增强使得换流阀不闭锁情况下的故障机理研究具有意义。本文针对基于两电平电压源型换流器的双端直流配电系统,假设换流阀中的绝缘栅双极型晶体管具有足够的过电流能力,分析了极间短路故障后换流阀不闭锁条件下的故障机理,对比了定电压控制和定功率控制方式下极间短路的故障特征,并在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,为直流配电系统保护提供了理论依据。

MMC-HVDC直流双极短路故障电流分析

直流母线上双极短路故障是柔性直流输电系统最为严重的故障。目前针对模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC,modular multilevel converter based HVDC)系统故障的研究大多数侧重于故障的保护,而对于故障电流特性的研究只是简单的仿真分析。因此为了能够准确分析系统直流侧暂态故障电流的特性,通过对短路故障的暂态特性建立数学模型,进而分析MMC-HVDC系统直流母线上双极短路故障的暂态特性,推导出故障电流的数学表达式,并提出利用比例因子的方法来改进等效电容值,从而使故障电流计算值更精确。在PSCAD/EMTDC中搭建双端MMC-HVDC系统,对实验仿真波形与计算波形进行比较和分析,验证了所提方法的可行性与精确性。

含DAB型直流变换器的中低压直流配电系统极间短路故障穿越方法

极间短路故障是直流配电系统中最为严重的故障类型,当含双有源桥(DAB)型直流变换器的直流配电系统中压侧发生极间短路故障时,DAB闭锁,低压侧电压大幅下跌,故障清除后恢复速度较慢。为解决上述问题,提出了一种新型故障穿越方法。通过对传统DAB结构进行改进,增设故障电流阻断模块和补偿电容支路,能在故障发生后迅速识别、切断故障并投入补偿电容。故障持续期间,DAB无需闭锁,依靠模块电容以及补偿电容向低压侧负荷进行供电,有效改善了低压侧电压跌落。故障清除后电容能够快速充电至正常运行状态。PSCAD/EMTDC平台中的仿真结果验证了所提方法能够有效减小中压侧极间短路故障对于负荷的影响,并且具有良好的故障恢复特性。

一种利用衰减非周期分量的UHVDC线路故障选极元件

针对一极线路遭受故障时,另一极线路会耦合到很大的电压突变率和电流变化率,甚至可能引起健全极线路的保护动作的问题,提出一种利用衰减非周期分量的UHVDC线路故障选极元件。对特高压直流输电线路故障暂态特征时域和频域的分析发现,直流线路整流侧保护测量处故障极的衰减非周期分量大于非故障极的衰减非周期分量,由此构成UHVDC故障选极判据。通过小波变换分解两极线路故障电流,并在频带0~20Hz进行重构以提取故障电流的衰减非周期分量,根据两极线路衰减非周期分量能量的比值进行故障选极。大量的仿真结果表明,该方法对于不同的故障位置、过渡电阻以及故障类型来说具有较强的鲁棒性,在各种工况下均能可靠快速地选出故障极,不受数据同步的影响,门槛值易整定,具有工程现场意义。

具备故障选极能力的高压直流输电线路差动保护新原理

为解决传统高压直流输电线路差动保护无法快速响应区内故障的难题,该文提出一种具备故障选极能力的新型差动保护方案。直流线路两端测量电压、电流经过合适截止频率的低通滤波器处理后,沿线电压可近似视为线性分布。利用线性分布电压计算沿线分布电容电流并对其补偿后,提出一种新型直流线路差动保护方案;进一步降低滤波器截止频率,分布电容电流将减小至可被忽略,因而可通过比较滤波后两极差流选出故障极。采用云广±800kV高压直流输电系统仿真模型对保护新原理进行验证,大量仿真结果表明,在不同故障情况下,新保护方案均能快速、准确地区分区内外故障并选出故障极,并且在高阻接地故障时仍具有较高的灵敏度。

江陵换流站直流极母线接地故障仿真及分析

本文建立了500kV江城直流输电工程的电磁暂态仿真模型,该仿真模型控制系统由定电流控制、最小α角控制、低压限流控制、电流偏差控制等控制器组成,能够实现直流输电系统的常规控制功能。基于该模型,针对江陵换流站一起直流极母线接地事件开展故障仿真分析,仿真结果验证了所建模型在工程性分析中的有效性。

融合光伏的直流配电网光伏线路极间故障暂态分析

针对直流固态变压器与光伏电源之间端口线路的极间故障,在搭建融合光伏的直流配电网模型基础上,从换流器和光伏电源工作原理的角度分析光伏电源与直流固态变压器端口线路极间故障特性,根据其故障响应,将故障过程分为四个阶段,即双模块直流侧电容放电、光伏电源多回路供电、光伏电源续流和双有源全桥换流器电感续流阶段,并通过每个阶段的故障电流、电压的方程式和等效电路,得到光伏电源与直流固态变压器端口线路发生极间故障时故障电流增长快、幅值高,对二极管器件冲击大,故障复杂的特性。最后在PSCAD/EMTDC中进行建模仿真,在Matlab中进行理论仿真共同验证故障分析的正确性。

基于暂态电流的MMC-LVDC双极短路故障定位方法

随着分布式电源和直流负荷的大量接入,直流配电系统相较于交流系统更具优势。故障定位是直流配电网可靠、优质供电的关键支撑技术之一。分析了模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流配电网双极短路故障暂态特性,提出了一种基于子模块闭锁后初始阶段暂态电流的故障精确定位方法,建立了双端MMC型柔性直流配电网的等效电路,推导了直流电流的时域表达式,构建包含故障距离和过渡电阻2个未知参数的时域方程组,并利用最小二乘法进行求解。该方法适用于不同接地方式。在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网模型。仿真结果验证了该方法的有效性、可靠性与准确性,针对两端换流站参数不对称和过渡电阻时变场景,所提方法也具有很高的定位精度。

伪双极接线不同接地方式下直流配电线路故障选极方案

交直流混合电网的系统结构有利于接入分布式能源及直流负荷,是未来电网研究与发展的方向。目前对于交直流混合电网接地方式及不同接地方式对配网的影响探讨较少,较多研究基于单一接地方式的系统展开。建立了直流配网模型,在研究直流侧接地方式对故障特性影响的基础上,详细研究了直流系统故障后的选极方法。通过分析直流线路限流电抗器两端暂态电气特性,针对不同的接地方式,提出了具有针对性的故障选极方案:在电容中点经小电阻接地方式下,选取基于暂态能量差的选极方案;在电容中点经大电阻接地方式和直流出口并联大电阻中点接地方式下,选取基于暂态能量比的选极方案。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了所提出的选极方案具有良好的可靠性和灵敏性,且具有较强的抗过渡电阻能力。