A d-axis based current differential protection scheme for an active distribution network

The emergence of distributed generators has changed the operational mode and fault characteristics of the distribu-tion network,in a way which can severely influence protection.This paper proposes a d-axis-based current differential protection scheme.The d-axis current characteristics of inverter-interfaced distributed generators and synchronous generators are analyzed.The differential protection criterion using sampling values of the d-axis current component is then constructed.Compared to conventional phase-based current differential protection,the proposed protection reduces the number of required communication channels,and is suitable for distribution networks with inverter-interfaced distributed generators with complex fault characteristics.Finally,a 10 kV active distribution network model is built in the PSCAD platform and protection prototypes are developed in RTDS.Superior sensitivity and fast speed are verified by simulation and RTDS-based tests.

含逆变型分布式电源和分支负荷的配电网自适应电流差动保护

电流差动保护具有良好的选择性和灵敏性。但是,逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generator,IIDG)和分支负荷接入改变了配电网的故障特性,现有配电网的电流差动保护面临拒动或误动的风险。为解决以上问题,该文在计及P/Q控制的IIDG和分支负荷的故障等值建模基础上,从故障点、IIDG和分支负荷的相对位置出发,挖掘配电网线路两端正序电流差的幅值特征以及正序电流故障分量的相位特征。在此基础上,提出一种正序电流幅值与故障分量相角阈值配合的双比例制动系数自适应差动保护方案,并且利用幅相平面分析所提保护判据的可靠性和灵敏性。最后通过PSCAD/EMTDC验证了所提保护方案的有效性,仿真结果表明该方案适应不同故障类型、位置和过渡电阻,且不受IIDG以及分支负荷接入的影响。

基于正弦同源-概率空间协同互补的涌流闭锁方案

为了取消正弦相似性原理中的最小二乘法等中间环节,获得直接固定标准正弦波形所需要的能量信息。借鉴时域概率分布的方法论,从优势互补的角度出发,设计了一种基于Wasserstein距离算法的变压器励磁涌流闭锁方案。该方案采用特征离散化的方式,提取目标对象和模板信号并转化为状态向量作为样本标签,以此来判别两者之间的能量分布差异,从而达到正弦场景同源识别的效果。理论分析与仿真结果表明,该方法实现简便,不需要频域计算。相比于现有正弦相似性原理,降低了保护流程的复杂程度,具有更强的实际应用价值和速动性能。通过PSCAD/MATLAB平台对现场合闸的录波数据进行测试分析,验证了所提方案对促进变压器保护性能的积极意义。

通信限制下多DG接入配网的新型电流差动保护

差动保护是解决分布式电源(distributed generation, DG)接入下配电网保护难题的有效手段,然而配网现有通信建设水平很大程度上制约了差动保护的构建。首先,融合电流相位与相量差动保护思想,同时将电流相位信息进行变换,实现通信信息降容。应用递推最小二乘法实现短路电流相位参数的快速估计,提出了短路电流相位修正策略,以应对CT饱和与直流分量对保护的干扰。最后,提出适用于含多DG配网的新型电流差动保护构建原则与保护判据。基于PSACD/EMTDC平台搭建仿真模型,验证了所提出的电流相位参数预测方法的精度与新型差动保护的性能。算例结果表明:所提电流相位参数预测方法速度快、精度高,具有良好的抗CT饱和能力;所提新型差动保护原理具有良好的性能。

超长海底电缆电流差动保护新方案

海底电缆作为确保海上风电场并网的重要纽带,其分布电容远高于架空线路,产生的电容电流不可忽略。目前的电流差动保护判据由于没有考虑分布电容且受到负荷电流的影响,抗过渡电阻能力较差,在超长海底电缆输电线路上的适用性不高。针对现有保护判据存在的问题,提出一种改进的电流差动保护判据,该改进判据对线路中较大分布电容电流进行了补偿,解决了正常运行以及区外短路时保护误动的问题,并减小了负荷电流对差动保护动作特性的影响,从而提升了抗过渡电阻能力。在PSCAD/EMTDC平台搭建220 kV长距离电缆线路模型,对所提的改进保护方案进行仿真分析,仿真结果表明,所提超长海底电缆电流差动保护新方案在确保区外故障可靠不动作的基础上,显著提高了区内故障的抗过渡电阻能力,是一种比较理想的高压电缆长线路电流差动保护方案。

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。

基于正序电流故障分量的有源配电网线路差动保护

传统配电网在大量分布式电源接入后变为有源配电网,拓扑结构与故障特征发生改变,现有电流差动保护无法同时满足可靠性与灵敏性要求。为此分析了逆变型分布式电源故障输出特性,建立有源配电网正序电流故障分量网络,在此基础上提出一种基于正序电流故障分量的电流差动保护方案。该方案以线路两侧正序电流故障分量为特征量对常规电流差动保护进行改造,解决了在分布式电源接入后线路发生区内高过渡电阻故障引起的电流差动保护无法准确识别故障的问题。最后使用PSCAD/EMTDC对该方案在不同工况下的动作情况进行仿真,仿真结果表明该方案能够适应有源配电网保护需求。

考虑不可测T接负荷的配电网虚拟三端电流差动保护

采用电流差动保护可解决高比例分布式电源接入配电网引起的馈线保护问题。然而当馈线内存在不可测T接负荷分支时,差动保护只能利用被保护线路两端的数据构造判据,性能受到影响。为解决该问题,首先分析了不可测T接负荷对传统两端电流差动保护的影响。在此基础上,提出了一种虚拟三端电流差动保护方法。该方法将被保护线路内部的不可测T接分支等效为一个虚拟支路,利用故障前后线路两端的电压、电流数据估算该虚拟支路的电流相量,并与馈线两端的电流相量一起构成三端电流差动保护判据。仿真结果表明,该方法在无需T接负荷测量数据的前提下能够满足配电网在不同场景下的保护需求,相比传统的电流差动保护具有更高的可靠性与灵敏性。

基于故障信息同步的有源配电网电流纵联差动保护方法

在有源配电网中,分布式电源和负载点众多且分布广泛,故障的发生会受到各个节点的影响。不同的保护设备通常通过监测和分析电流、电压等参数判断是否发生故障,并通过采取相应的保护动作隔离故障区域。然而,由于有源配电网的复杂性和分散性,不同保护设备之间获取到的故障信息可能存在时钟偏差,导致保护设备对故障的判断存在误差,进而引发保护动作的延迟或错误。因此,文章设计并提出了一种基于故障信息同步的有源配电网电流纵联差动保护方法。该方法先对有源配电网故障电流特性进行分析,判断是否需要进行差动保护。在判断需要进行差动保护的基础上,为了确保保护设备之间获得同步的故障信息,使用时钟校正法同步各个设备的时钟,实现故障信息同步。同时,计算同步误差允许裕度,确定保护设备对于时钟偏差的容忍度范围;最后,基于故障信息同步方法,构建电流差动保护复合判据,实现有源配电网电流纵联差动保护。实验结果表明,所提方法的有源配电网电流纵联差动保护准确性较佳,整体应用效果好。

高压直流输电线路电流差动保护新原理

通过分析直流系统控制特性作用下的输电线路故障特征,提出了一种新的高压直流输电线路电流差动保护原理。在分布参数模型基础上,利用两端换流站电压、电流量分别计算区内某点处两侧电流之和。区内故障时,得到的电流与故障支路电流相关,其值较大;区外故障及正常运行时,计算得到的是误差电流,其值很小。与行波保护相比,该保护能够可靠识别区内、外故障,可以在故障全过程投入,且具有可靠性高、对采样频率要求低、计算简单等优点。与现有的直流线路电流差动保护相比,该保护不受分布电容电流影响,故在暂态过程即可动作而无须等待暂态过程结束,动作速度快。仿真结果表明,在各种工况下,该保护都能灵敏、可靠地区分区内、外故障。

有源配电网电流差动保护应用技术探讨

有源配电网具有多电源、多分段、多分支、功率双向流动、弱馈等特征,传统三段式电流保护难以保证选择性和灵敏性,需要提供新的更有效的保护方法。基于该背景,将正序故障分量电流差动保护引入到有源配电网,探讨其应用原理与实现技术。针对不同的馈线结构,给出了适应性差动保护动作判据及门槛整定原则。针对配电网线路特点,提出并实现了基于故障信息的电流数据自同步方法。根据配电自动化通信体系最新进展,探讨了基于点对点对等通信实现差动保护数据交换的通信规约。基于智能配电终端平台,开发出正序故障分量电流差动保护样机并对其进行了综合测试,测试结果验证了所提保护方案的可行性。

用于同杆双回线保护的时域电容电流的分相补偿方法

分相电流差动保护常作为同杆双回线的主保护配置,但对于超高压及特高压远距离输电线路,分布电容电流将大到影响保护的可靠性和灵敏度。现有的电容电流补偿方法,都只补偿了单回线相间电容电流,没有考虑双回线线间电容电流的补偿,补偿效果有限。考虑了同杆双回线相间与线间的静电耦合,建立了相应∏模型等效电路,提出在时域中分相补偿电容电流的方法,不仅可以补偿相间电容电流,还可很好地补偿线间电容电流。EMTP仿真实验表明,新补偿法比原单回线的相量及时域补偿法具有更好的补偿效果,有效提高了同杆双回线上分相电流差动保护的灵敏度和可靠性,且新方法计算量小、不要求高采样率,无需引入另回线电流,适用于现有采样率不高、通道传输速率有限的继保装置中。

VSC-HVDC频变参数电缆线路电流差动保护新原理

电压源换流器型直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)控制系统复杂,故障承受能力差,且多采用参数频变特性明显的电缆线路。提出一种频变参数电缆线路电流差动保护新原理。它建立在分布参数模型基础上,由两端电气量分别计算线路中点电流,并由此构造差动判据。为计算频变参数线路沿线任一点电流,提出一种计算沿线电流分布的新方法。仿真结果表明,该保护都能灵敏可靠地区分区内外故障,且对采样频率要求低,不受线路频变参数和分布电容的影响。

基于5G授时的配网差动保护数据同步方案

在配网中实现基于5G通信电流差动保护的关键技术之一是区段两端电流数据的同步问题。分析现有数据同步方法应用于5G电流差动保护的适应性;介绍5G协议中时间同步指标及实现架构;在此基础上,提出利用5G通信中的高精度时间信息实现数据同步的实用化路线。在该路线中,设计一种基于5G信号参数的基站授时方案;给出两种适用于配网电流差动保护的对时信号;最后提出基于B码对时信号的电流差动保护数据同步方法并分析其误差。理论上所提方案可实现线路两端时间同步偏差不超过20.8μs,对应两侧电流相角偏差不足0.5°,完全满足电流差动保护要求。

用归一化等效瞬时电感分布特性识别励磁涌流的新算法

针对具有Y/Δ接线方式的三相变压器,提出了一种新的变压器差动保护TA配置方案:该方案是在传统变压器差动保护接线基础上,在变压器Δ侧接入一相绕组TA,然后与所测得的线电流结合,利用KCL定律可以容易地求解出?侧各相绕组电流。该方案既保证了等效瞬时电感的准确计算,使其不受Δ侧绕组内部环流的影响,又不会使差动保护存在“死区”。在此基础上,文中提出一种基于归一化等效瞬时电感分布特性的励磁涌流识别新算法:对等效瞬时电感进行归一化处理,使判据定值的选取更具有普遍性,与具体变压器参数、类型无关;利用分布特性更好地反映了等效瞬时电感的变化特征和规律。新算法识别灵敏可靠,HYBRISIM(HybridSimulator)实验数据也验证了新算法的准确性和有效性,其在超高压大容量变压器保护方面具有较好的工程应用前景。

有源配电网差动保护自同步原理及误差分析

分布式电源的接入使得电流差动保护被引入配电网,需要解决的关键技术之一即是两端故障数据的同步问题。基于保护启动时刻的故障数据自同步算法可以在不增加额外设备的情况下实现数据同步,在配电网中获得了一定的应用,但对该算法的同步精度尚缺乏必要的理论分析和验证。文中在分析计算相电流突变量保护启动算法的基础上,从直流分量的衰减速度着手,导出了不同衰减速度下保护启动延时的计算表达式;并进一步分析了最大保护启动延时随故障初始相角、衰减速度的变化规律,得出不同故障条件下可能出现的最大自同步误差。分析结果表明,该算法的同步精度受故障时刻、线路参数、故障启动门槛、电流互感器测量误差等因素的影响,某些情况下会出现两端数据同步误差大于保护允许同步误差裕度的情况。最后利用继电保护测试仪验证了上述理论分析的正确性。

考虑逆变类分布式电源特性的有源配电网反时限电流差动保护

分析推导了有源配电网电流正序故障分量的分布特征,并基于正序故障分量提出了反时限电流差动保护方案。根据逆变类分布式电源(DG)故障后电流响应特征,建立了有源配电网正序故障分量复合序网,严格推导了保护区段两端电流正序故障分量计算表达式,定性分析了逆变类DG作用下区段两端电流正序故障分量的幅值和相位特征。以此为基础结合配电网特有的结构和参数特点,设计了反时限电流差动保护动作判据和整定方法。最后利用PSCAD建立有源配电网系统模型,对所提动作判据进行了仿真验证。结果表明,该保护方案可以有效区分电动机自起动过程和内部轻微故障,可以在保证对TA饱和足够制动能力的同时,提高保护灵敏度,且对有源配电网中DG出力随机性、馈线结构的多样性等具有较强的适应性。

基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。

新型数字化变电站分布式母线保护

针对基于IEC61850通信标准的数字化变电站,提出一种分散计算并就地控制的新型母线保护方案。根据数字化变电站技术特征,构建了无主站分布式母线保护整体结构;分析了采样值报文和GOOSE信息的数据传输特征,基于以太网技术设计了联系过程层设备和间隔层保护装置的过程总线;利用非传统电流互感器无饱和的优点,将瞬时值电流差动保护原理应用到分布式母线保护计算中。分析表明所提方案结构简单、可靠性高、切实可行。