基于波形距离系数的逆变站近区交流线路保护方向元件

逆变站仅有单回出线时,若逆变站近区交流线路发生故障,逆变站的复杂特性导致传统方向元件难以判别故障方向。文中对逆变站近区交流线路故障特征进行了分析。然后,指出了交流线路电流与交流边界元件电流时域变化量之间的相似特征,提出了利用测量电压、电流推算交流边界元件电流的电磁暂态计算方法。最后,利用时域中的交流线路电流与交流边界元件电流之间的波形距离系数在正方向和反方向故障下的差异,提出了一种新的方向判别原理,并通过大量仿真对其性能进行了验证。仿真结果表明,所提方向元件能准确识别故障方向,具有较高的可靠性和灵敏度。

小电流接地系统两相接地短路时功率方向元件动作分析

小电流接地系统指中性点不接地或通过大电感接地的系统,配电网通常采用小电流接地系统。在双电源配电网中,为判别故障方向,电流保护需要配置功率方向元件。针对保护安装处正方向出口两相接地短路故障和保护安装处正方向远端两相接地短路故障,详细分析了小电流接地系统发生两相接地短路故障时功率方向元件的动作行为,得出在典型的功率方向元件内角整定值情况下,小电流接地系统发生两相接地短路故障时,功率方向元件可以准确判别故障方向。

方向元件在馈线自动化中的应用研究

为提高配电网的供电可靠性,馈线自动化得到广泛应用和推广。随着供电可靠性要求的提高,出现了“电压时间型+继电保护”等具有一定优势的新型馈线自动化模式,在一定程度上缩短了故障处理时间。但是这种模式也存在一些缺陷,如在联络转供后发生新的故障时,原有的保护将会失去选择性,扩大停电范围。基于现场运行经验,将优化后的方向元件加入“电压时间型+继电保护”馈线自动化模式,并将原有的3段式保护扩展为6段式保护,前3段按照联络转供前的拓扑进行配置,后3段按照联络转供后的拓扑进行配置,并通过故障发生时方向元件的判断决定开放前3段保护还是后3段保护,解决了联络转供后保护失去选择性的问题,缩短了故障处理时间,提高了“电压时间型+继电保护”模式馈线自动化的故障处理效率。

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。

交直流混联系统突变量方向元件适用性研究

交直流混联电网在我国应用越来越广泛,传统继电保护方向元件出现过多次误动现象。针对各种突变量方向元件进行全面分析及仿真验证,并提出一种基于0模的快速方向元件判别方法。交直流混联电网中,由于逆变侧等值交流系统正、负序阻抗不相等且其阻抗角与线路阻抗角相差较大,基于正、负序原理的突变量方向元件将会出现误判,性能无法保证;而对于零序原理的方向元件,由于逆变侧零序网络较为稳定,其性能可靠,能够正确动作。基于0模的快速方向元件判别方法与传统基于傅氏算法的零序方向元件相比,动作速度快,性能更稳定。PSCAD仿真数据验证了分析的正确性。

基于阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件

针对故障分量方向元件在大规模双馈风机并网不适用的问题,提出了基于正序阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件。首先,将风电场正序阻抗波动量化,分析阻抗波动对正序故障分量方向元件影响,得到正序故障分量方向元件在风电场送出线路的拒动边界。其次,基于Prony算法结合带通滤波器提取工频量,分析送出线路风电侧正、反方向故障正序阻抗幅值变化特征。最后,引入去趋势波动分析(detrended fluctuation analysis, DFA)计算波动函数,构造新型参数识别方向元件动作判据,实现故障方向判别。仿真结果表明,提出的参数识别方向元件不受风电场运行工况、故障类型和系统振荡的影响。当过渡电阻达到100Ω时,仍能正确判别故障方向,具有较强的抗干扰性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。

基于磁环边界压降特征的直流配电网快速方向元件

快速准确判别故障方向对直流配电网故障的快速定位和隔离具有重要意义。本文在线路两侧配置磁环作为线路边界,在此基础上从行波传播的角度推导了正、反方向故障下第二个行波到达前边界元件的电压表达式,分析了正、反方向故障时边界元件的电压差异,提出了基于边界元件电压信息的故障方向判别方法。判别方法不受换流器类型和故障类型的影响,对多分支线结构都能适用。PSCAD仿真验证了该方法能够快速准确判别故障方向,并具有较强的耐过渡电阻能力。

零、负序方向元件的特殊问题研究

分析了交流电压回路在电压互感器(TV)回路两点接地﹑接地点不正确﹑接地点虚接,甚至于变电站接地网接地电阻过大等情况时,引起了零序电压相位的变化,进而引起零序方向保护误动的原因。分析了此种情况的负序方向元件的动作情况,并提出利用负序方向元件闭锁零序方向保护的方法来防止零序方向保护误动的解决措施,同时以一个现场故障实例说明了该方法的正确性。同时分析了当发生不对称接地故障,特别是经过高阻接地故障时由于零序﹑负序电压过小而引起零序方向元件﹑负序方向元件可能拒动的问题,并提出了利用对零、负序电压进行补偿的措施以提高零、负序方向元件的灵敏度。RTDS试验证明了该补偿措施的正确性。

基于故障类型的零序方向元件

输电线路发生接地故障时,可能因零序电压不满足灵敏度要求,而导致零序方向元件误动或者拒动。针对上述问题,本文通过分析零序电压和故障相电压之间的相位关系,提出了一种新的基于故障类型的方向元件。当零序电压低于门槛值时,依据选相结果,该元件采用保护安装处故障前的故障相电压代替零序电压,进行零序功率方向判别。经现场故障数据验证,该元件正确、可靠,已应用于750kV线路微机保护装置。

基于R-L模型的参数识别快速方向元件

论述了基于R-L模型的参数识别方向保护原理,即通过求取系统参数R和L,利用内部和外部故障时系统参数R和L的符号关系来判断出故障的方向.该原理使用了基于R-L模型的解微分方程算法,因此不受非周期分量的影响.通过仿真比较R-L模型和分布参数模型的相频特性可知,该方法有很好的频带适用范围.针对无穷大电源系统中和经高阻接地时存在的电压灵敏度不足的问题,采用保护安装处的记忆电压代替其电压故障分量,从而使保护可以判别出故障的方向.经计算软件ATP仿真表明,该方法可以在5 ms甚至更短的时间内判断出故障的方向,使保护的动作速度和灵敏度都能得到很大提高.

超高速直流输电线路保护方向元件

为提高直流输电线路单端暂态量保护的可靠性与灵敏度,提出了一种基于故障行波能量的超高速直流输电线路故障方向元件,该元件基于不同故障方向时故障前行波与反行波能量之间大小的差异有效判别故障方向。利用由RTDS与现场控制保护装置的闭环测试系统,对该方向元件性能进行了测试。测试结果表明,该方向元件适用于不同电压等级输电工程,在直流输电工程不同运行方式下,均可以超高速正确判别故障方向,且不受故障位置、过渡电阻的影响,可以有效提高单端暂态量保护性能,并可构成纵联方向保护。

基于中值滤波的超高速暂态量方向元件

方向元件是基于行波或暂态量的超高速方向保护的核心元件。该文提出一种新型的超高速暂态量方向元件,利用故障后很短的一段时间内前行波与反行波之间时域能量的特征差异来判别故障方向。为了凸现本质的特征差异,减小故障初始角、反射波和母线接线方式等因素的影响,同时避免小波变换多分辨率分析在数据窗、小波基选取时所面临的困难,先由具有细节保留特性的非线性中值滤波器对前、反行波进行滤波,再通过简单的平方和运算求取前行波与反行波的时域能量之比来判别故障方向。大量ATP仿真试验表明,该方向元件能可靠、灵敏、超高速地动作,性能稳定,方向性明确,运算量小,对于各种故障情形、系统结构的适应性很强。

选相及方向元件在风电接入系统中的适应性分析

对传统选相及方向元件在风电接入系统中的适应性进行了研究分析。传统选相和方向元件均基于故障序分量网络分析,故障期间风电系统正负序阻抗相差较大且幅值远大于常规电网的特点使得风电侧正负序电流分支系数具有较大偏差,从而造成了基于正负序电流分支系数近似相等的传统选相和方向元件并不适用于风电接入系统。PSCAD建模仿真和现场故障录波数据验证了适应性分析结论。最后基于适应性分析结论给出了风电接入系统的选相和方向元件建议。

一种新型电流极性比较式方向元件

为克服电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)暂态传变特性差对行波极性比较式方向元件可靠性和灵敏性的影响,提出一种工频电流量极性比较式方向元件。该元件利用故障前电流和故障分量电流之间的极性关系来确定故障方向。由于所提方向判据与故障电压量无关,因此从原理上避免了CVT暂态传变特性对方向元件可靠性和灵敏性的影响。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该元件能够快速可靠地确定故障方向,其性能不受故障初始角、过渡电阻、噪声和负荷状态的影响。

基于模型识别的串补线路方向元件

提出了一种基于模型识别的串补线路方向元件的方向判别原理。采用时域算法,通过2种模型的模型误差、识别的电感值和电容值与实际值的差异构成方向判据。大量仿真验证表明,该方法不受衰减直流分量、故障类型、过渡电阻以及故障点位置影响,与传统工频量方向元件相比,不仅避免了电容器容抗大于背侧系统阻抗时引起的方向误判问题,而且提高了方向判别的准确性。

基于模型误差的自适应方向元件

为克服目前快速方向元件动作范围整定的盲目性和保守性,提出了基于模型误差的自适应方向元件。模型误差反映了计算模型与实际模型之间的差别,它与保护计算的相位误差有确定的关系。使用ATP仿真软件建立双端电源超高压输电线路模型。通过R-L模型参数识别的方法判断故障方向,把反映系统网络结构的微分方程产生的归一化误差作为模型误差。通过大量故障仿真计算建立模型误差与相位误差之间的关系。故障后实时地计算模型误差,根据模型误差与相位误差的关系自适应地调整方向元件的动作范围。仿真结果显示该方法能使保护更好地适应系统的状况,提高了方向元件的性能。

接地故障零序方向元件拒动保护改进方案

对于大电源长线路的输电系统,当线路末端发生接地故障时,虽然零序电流达到定值,零(负)序方向元件由于零(负)序电压可能达不到方向元件的门槛值,造成保护拒动。针对这类问题,提出了2种解决方案：一种是当零(负)序方向元件由于零(负)序电压可能达不到方向元件的门槛时,以正序电压代替零(负)序电压作为零序电流方向判别；另一种是采用无方向零序电流反时限过流保护作为接地故障后备保护,并提出了新的电流互感器断线方案,解决了国内保护装置电流互感器断线与反时限零序后备存在的矛盾。

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。

基于模型识别的VSC-HVDC直流输电线路方向元件

电压源换流器型直流输电(Voltage Source Converter HVDC,VSC-HVDC)直流线路两侧并联了大电容,在高频下系统侧阻抗可等效为并联电容阻抗。根据VSC-HVDC特有的系统结构,结合模型识别的基本思想,提出了一种VSC-HVDC直流输电线路方向元件方向判别原理。在高频范围内,采用时域算法,通过两种模型的模型误差、识别的电感值和电容值与实际值的差异构成方向判据。理论分析和仿真实验表明,该方法不受故障类型、过渡电阻以及故障点位置影响,在各种工况下均可快速可靠地判别故障方向。

利用S变换能量相对熵的幅值比较式超高速方向元件

为提高行波方向元件的可靠性,在分析故障方向特征的基础上,提出一种新的幅值比较式方向元件。不同故障方向下,前行波和反行波特征不同。正方向时前行波和反行波差异较小,反方向时两者差异较大。利用S变换能量相对熵量化前、反行波之间的差异程度。考虑到电容式电压互感器(CVT)不能传变较高频率的电压分量,对前、反行波进行S变换后选择较低频率的分量计算能量相对熵,进而构成方向判据。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提方向元件能够快速可靠地判断故障方向,其性能不受故障初始角、过渡电阻、故障位置、故障类型、母线接线方式和电弧故障的影响。