采用余弦相似度的混合三端直流输电线路保护原理

为提高混合三端直流输电线路保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性,根据输电线路发生故障时电压和电流的变化差异,提出了一种基于余弦相似度算法的线路保护原理。该原理利用输电线路T区三端电流暂态分量构成故障区域选择判据;再将故障线路单端电流、电压故障分量进行数据标准化处理,利用两者余弦相似度的差异,完成区内、外故障及故障极识别。使用PSCAD/EMTDC搭建混合三端高压直流输电线路模型,运用Matlab对所提保护原理进行仿真验证。仿真结果表明:所提保护原理在不同故障情况下,均可在3 ms内识别故障,可靠性高、速动性好;可耐受500Ω过渡电阻,具有较强的耐过渡电阻能力;在20 dB噪声情况下,依旧可以识别故障,具有较强的抗噪声干扰能力。

基于小波阈值去噪和CEEMD的混合三端直流输电线路故障测距

针对行波法测距精度受波速、行波波头标定的精度以及噪声的影响,提出一种基于小波阈值去噪和CEEMD-HT结合的混合三端直流输电线路测距方法。首先利用小波阈值去噪对故障信号滤噪,然后对滤噪后的信号使用互补集合经验模态分解和希尔伯特变换标定初始波头的到达时间。再根据故障行波到达测量端时间比值识别故障支路。最后考虑到行波波速难以精确确定,基于已知线路长度和初始波头到达时间,提出一种不受波速影响的测距方法。仿真结果表明,所提方法能够有效标定波头,且测距结果不受波速、故障距离、故障类型、过渡电阻及噪声的影响。与利用波速计算的双端法、HHT及小波包测距算法相比,该方法的测距误差更小。

混合三端直流输电线路故障测距方法研究

对混合三端直流输电系统而言,准确、可靠的故障测距方法可确保故障线路快速恢复,提高供电可靠性。为了解决混合三端直流输电系统结构复杂性强、线路故障定位难度大等问题,提出了小波包能量谱结合BP神经网络的测距方法。具体的定位方法实现步骤如下:首先在故障发生时快速进行故障选线。然后把发生故障时在测量点采集到的电压故障分量经过小波包分解重构得到小波包能量,并将其作为输入样本通过BP的非线性拟合能力进行训练。最后将反映故障位置的小波包能量代入即可输出相应的故障距离。仿真结果表明,该方法耐过渡电阻能力强,定位的准确度高。

基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护研究

将保护装置安装在T区两侧,基于T区中低频衰减特性构成方向元件,提出一种特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方法。分析特高压三端混合直流输电系统整流侧、T区以及线路末端逆变侧三端边界频率特性,发现T区边界对故障电流暂态信号中低频分量有一定的衰减作用、整流侧边界和线路末端逆变侧边界对故障电流暂态信号高频分量有明显衰减作用。利用小波分解,根据T区两侧线路暂态电流中低频能量差判断故障方向,并提出故障方向判据。当T区左侧发生故障时,利用线路L1末端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别整流侧区内、外故障;当T区右侧发生故障时,利用线路L2首端所检测到的高频暂态电流能量与低频暂态电流能量的比值来判别线路末端逆变侧区内、外故障;T区发生故障时,判定为线路区外故障。给出基于T区中低频衰减特性构成方向元件的特高压三端混合直流输电线路单端方向保护方案,最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建昆柳龙特高压三端混合直流输电系统模型并对所提保护方法进行验证,仿真表明该文所提保护方法能实现特高压三端混合直流输电线路全线速动保护。

昆柳龙特高压三端混合直流输电线路边界频率特性研究

为研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路行波边界保护,有必要研究电网换相换流器和模块化多电平换流器并联型特高压三端混合直流线路边界频率特性。特高压三端混合直流输电线路边界不对称,分析了昆北侧边界、柳北侧边界、昆柳段线路末端边界、柳龙段线路首端边界、龙门侧边界的拓扑结构。建立特高压多端混合直流输电线路边界频域模型,分析线路边界的频率特性,研究高频和中低频暂态信号在输电线路边界作用下的衰减特性。研究结果表明:昆北、柳北、龙门侧边界,对高频暂态信号呈高阻特性,有较强的衰减作用;昆柳段线路末端边界和柳龙段线路首端边界,对中低频暂态信号具有一定衰减作用,对高频暂态信号衰减较弱。

交直流输电线路混合电场的人体感受试验及设计控制值研究

交直流输电线路同走廊和同塔架设是随着我国电网技术发展而出现的新输电方式,国内外尚无相应的交直流混合电场设计控制值标准。因此,设计同走廊和同塔架设的交直流输电线路时,导线对地高度和走廊宽度的选取面临无据可依的难题。该文提出确定交直流混合电场设计控制值的原则;开展不同交流(工频)电场和直流电场组合下的人体直接感受和暂态电击感受试验;通过对试验结果的统计分析,获得不同概率下人体不出现明显感受时的交流(工频)电场和直流电场关系曲线;在此基础上,得出确定交直流输电线路混合电场设计控制值的公式。该研究可为同走廊和同塔架设交直流输电线路设计中交直流混合电场的控制提供一定技术支撑。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

混合多端直流输电系统限流控制策略配合及限流参数全局优化

混合多端直流输电系统短路电流水平超标对其安全稳定运行造成极大威胁。现有通过控制策略限流的方法多以本站出口侧最严重的极间故障展开分析,忽略了过渡电阻对两侧系统的耦合作用,且控制参数的不合理配置会降低故障点非零电位大小,进而加剧线路过电流现象。为此,首先,阐述了混合多端直流输电系统常见控制限流策略;其次,对换流站自身的控制特性及站间交互作用对故障电流的影响机理展开分析,提出计及过渡电阻耦合作用下故障电流的计算方法;然后,在此基础上,综合考虑控制参数灵敏性、限流效果等约束,建立控制参数全局优化数学模型,通过层次分析法得到控制参数的最优解;最后,基于PSCAD/EMTDC对传统限流特性及全局优化下的限流特性进行对比分析。结果表明,所提方法能在提高限流效果及满足参数灵敏性的基础上更好地适应经过渡电阻故障的情况,降低故障时电流上升率和电流峰值,协助降低两侧换流站因增流现象加剧线路过电流情况而闭锁的概率。

基于余弦相似度算法的混合级联直流输电线路保护新方案

为提高混合级联直流输电系统直流输电线路保护的速动性和可靠性,提出一种基于余弦相似度算法的混合级联直流输电线路保护原理。当混合级联直流输电系统线路故障时,电流和电压会发生变化,因此利用输电线路首末单端的电压和电流暂态分量,经过数据标准化处理,通过余弦相似度算法比较电流和电压故障分量差异,完成区内外故障准确识别。采用PSCAD/EMTDC软件搭建特高压混合级联直流输电系统仿真模型,利用Matlab验证保护策略可行性。仿真结果表明:当发生区内外故障时,保护原理均可在3 ms内完成故障识别,保护方案可靠且速动。在区内分别设置不同过渡电阻情况下,仍可准确识别故障,该保护方案具有较强的耐受过渡电阻能力。

一种适用于混合三端直流系统的纵联保护方案

为提升多端系统的输电可靠性,提出一种基于Mann-Kendall检验法的混合三端直流输电线路纵联保护方法.该方法利用T接汇流母线三端电流故障分量判定故障发生区域;再利用Mann-Kendall检验法对故障区域内线路两端电流的变化趋势进行分析,进而实现故障类型的判别以及故障极的选择;最后,通过PSCAD/EMTDC搭建模型并对不同故障情况进行仿真,使用MATLAB对所提保护方法进行仿真验证.仿真结果表明:不同故障情况下,所提方法均可在2.5 ms内可靠动作,速动性好,并且具有较强的抗噪声干扰能力以及耐过渡电阻能力.

基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。

基于FSC和TCSC混合复用的交直流混联线路潜供电弧特性

为提高系统运行稳定性,高补偿度串补装置广泛投入使用,但线路故障后潜供电流存在高幅值的低频分量,潜供电弧难以自熄。针对此问题,基于交直流混联输电线路,研究了不同布置方式下串补度对潜供电流与恢复电压幅值影响,提出了一种固定串补(fixed series compensation,FSC)和可控串补(thyristor controlled series compensation,TCSC)混合复用抑制潜供电弧的方法。此外,为满足线路对高补偿度的需求,设计FSC和TCSC混合复用串补度最佳配置方案。结果表明,交直流混联线路采用串补度40%的双平台分散布置方式,潜供电流与恢复电压幅值达到最小,燃弧时间最短。高补偿度串补线路TCSC采用串补度10%、20%的配置方案更利于熄弧,提高重合闸成功率。

基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护

提出一种基于信号复杂度的特高压多端混合直流输电线路方向保护方法。分析T区两侧暂态功率正负性的差异特征,提出基于暂态功率能量的故障方向识别方法。分析线路边界频率特性,根据线路边界衰减高频分量的特征,利用经验小波奇异熵作为评价暂态量信号复杂度的指标,提出了基于信号复杂度的直流线路区内外故障识别方法。在方向判据和区内外故障识别方法的基础上设计了完整的保护动作方案。仿真结果表明,该保护方案能准确判别故障方向,能正确区分区内外故障,具有较强的耐过度电阻和抗干扰能力,可靠性较高。

混合多端高压直流输电线路的行波传播过程分析

为解决直流换相失败问题并获取更高的传输容量,混合多端高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)输电技术开始在电力系统中应用。整流站大多采用的是基于晶闸管的换流阀(Line Commutated Converter,LCC),逆变站采用的是模块化多电平换流阀(Modular Multi-level Converter,MMC)。基于整流站与逆变站的不同结构,同时考虑星形连接高压直流输电线路多端拓扑结构,故障后行波的传播过程亟待进一步分析,为行波保护或测距新原理的研究提供理论基础。给出LCC整流站和MMC逆变站处的行波折、反射系数计算方法,并基于典型±400 kV星形连接三端LCC-MMC-HVDC拓扑结构分析行波传播过程。

计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法

精确的故障暂态计算是多端混合直流输电系统参数设计及其控制保护策略研究的基础。为此,该文计及不同换流站的控制特性,提出一种适用于多端混合直流输电系统的故障暂态解析计算方法。首先,分别构造考虑LCC整流站和MMC逆变站控制系统的复频域等值模型,建立计及直流架空线路频变特性的分布参数模型,推导多端混合直流系统的节点阻抗矩阵。在此基础上,计算故障节点电压和故障支路电流的复频域值,再利用拉氏反变换获得电压和电流的时域值。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建三端混合直流输电系统模型,对所提故障计算方法的准确性和快速性进行仿真验证。

基于三端柔性直流的光热储能站与新能源场站功率协同控制策略

新能源基地大多经传统交流方式接入高压交流或直流外送通道,为解决大规模新能源经交流接入方式下并网容量小、损耗大,以及功率波动对电网稳定性影响等问题,构建了一个基于柔性直流输电并网的风电和光伏、光热储能及电网三端柔性直流系统。基于直流电压-有功功率特性,提出一种适用于该系统的站间协调控制策略,根据柔性直流输电系统的直流电压波动情况,调整光热储能机组的出力,以平抑风、光功率波动,降低其对电网的影响。针对光热储能侧换流站,采用直流电压裕度下垂混合控制策略,通过控制器参数配置,抑制控制模式切换过程中的暂态过电压,提高系统响应速度。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流系统仿真模型,验证所提控制策略的有效性。

基于近似熵变化量判据的混合直流输电系统纵联保护方案

高压直流输电线路行波保护对信号采样频率要求高,保护性能受过渡电阻及噪声干扰影响较大,需配合纵联保护识别故障位置。而现有纵联差动保护易受分布电容影响,传输数据量较大,动作速度有待提升。为了解决上述问题,提出一种基于近似熵变化量判据的混合直流线路纵联保护方案。近似熵需要的计算数据量较小,且兼具高灵敏性、高可靠性优势。故障发生后,近似熵变化量呈现明显的峰值特征,基于1模电压电流近似熵变化量构建的保护判据能快速准确地识别高阻接地故障,同时能减小噪声干扰和分布电容的影响。基于乌东德±800 kV混合直流输电系统仿真模型对所提保护方案进行验证。结果表明,所提保护方案仅需5 kHz采样频率,无需严格的时间同步,且在经800Ω过渡电阻接地及10 dB信噪比场景下能够正确、快速地动作。

基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。

基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护

全-半混合型柔性直流输电系统具有故障自清除能力,能在一定程度上解决因高压直流断路器技术滞后导致的柔性直流输电容量提升困难问题,是新能源发电大容量远距离输出的解决方案之一。但全-半混合型柔性直流输电对保护时间提出了更高要求,需要在更短时间内实现故障识别。该文基于能量观点分析了直流线路故障下桥臂功率特征,提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护方法,能够在1 ms内识别直流线路故障,实现故障选极。最后,通过大量实时数字模拟(RTDS)实验验证了该方法的可靠性高、选择性好,且具有较强的耐过渡电阻能力和抗干扰能力。