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EI北大核心CSCD

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。     

计及汇流母线行波特性的三端混合直流系统行波解析方法

三端混合直流输电系统区别于两端直流系统,由于两段参数各异的线路通过汇流母线连接换流站,因此当故障行波经过汇流母线时将产生复杂的折反射而出现畸变,而现有的两端直流系统行波解析方法因未计及该特性而不适用。文中计及汇流母线的行波特性,搭建了三端混合直流输电系统的行波解析等值模型;在此基础上推导出故障初始行波、线路传播衰减与畸变系数以及汇流母线和换流站的行波折射系数的复域表达式,从而构建各换流站测点故障行波的复域模型。提出了三端混合直流输电系统的复域与时域、模量与极线量的行波解析计算方法。然后,基于所提方法对三端混合直流线路的行波保护进行定值整定计算与灵敏度分析。最后,采用PSCAD构建三端混合直流系统的电磁暂态仿真模型,通过大量电磁暂态仿真验证了所提方法的正确性与高计算效率。     

考虑频变特性的直流线路故障行波精确计算方法及应用

输电线路参数存在频变特性,若在直流输电线路故障行波暂态计算中将其等效为固定不变的常数,则必然会导致计算误差增大。为此,文中基于叠加原理提出了适用于任意波形的时序波阻抗矩阵,以描述行波电压和电流间时域的频变关系;此外,利用双指数波对行波波形进行拟合,以获取更高的计算精度。在此基础上,将所提出的方法应用于直流线路故障测距,提出了一种考虑直流线路频变特性的故障定位新方法。基于PSCAD/EMTDC的实际直流工程算例的大量仿真测试表明,所提行波暂态计算方法能有效计及直流线路参数频变特性,对暂态行波的计算更精确,进一步提高了故障测距精度。     

同塔双回直流输电线路行波时域计算方法

同塔双回直流输电线路作为不平衡线路,行波在传播过程及端口折反射所涉及的频变特性是其故障行波精确计算中需要解决的关键问题。为此,提出了一种适用于同塔双回直流输电线路的暂态行波时域计算方法。该方法利用矢量拟合法和叠加定理,将故障行波在直流线路端口的折反射特性等效为时序波矩阵形式,并利用时域阶跃响应矩阵计及故障行波在直流线路上传播时的频变特性,从而避免了复杂的时频域转换过程。基于PSCAD/EMTDC对实际同塔双回直流线路的仿真测试验证了所提算法的有效性和准确性。     

计及直流分压器传变特性的行波保护定值整定方法

行波保护作为特高压直流输电系统线路的主保护,其动作的准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。行波保护各判据中故障特征量的生成均基于直流分压器的测量值。然而,直流分压器难以准确地传递各频段下的信号,这将导致行波保护的可靠性下降。首先,基于直流分压器等效电路模型推导直流分压器传递函数,分析直流分压器对时域信号及频域信号的传变特性。其次,结合行波保护的判据和逻辑,研究直流分压器传变特性对行波保护性能的影响。然后,将直流分压器传变特性作为影响行波保护定值整定的因素纳入整定流程,提出一种计及直流分压器传变特性的行波保护定值整定方法。最后,参照实际工程参数搭建仿真模型,对所提方法的有效性及可靠性进行验证。结果表明,所提方法能有效提高行波保护整定的可靠性。     

柔性直流输电线路双端故障定位新方法

基于直流输电线路参数呈现明显的频变特性,提出了一种VSC-HVDC直流输电线路的故障定位方法。该方法利用两端电压、电流量分别计算沿线电压分布,并以电压分布在故障点处相等为判据进行故障定位。在频变参数模型基础上,利用相应的线路参数计算沿线任意点电压的时域值,并分析了数据窗长度对故障定位精度的影响。仿真结果表明,该方法可以实现全线范围内的快速准确的故障定位。     

同塔双回高压直流输电线路故障行波特性研究

受输电走廊的制约,同塔双回直流线路已成为直流输电工程建设的发展趋势之一,然而由于同塔双回直流线路极线间的电磁耦合关系导致了其故障暂态特性极为复杂。行波保护作为直流线路主保护,故障行波特性的研究对其动作性能的分析至关重要。为此,基于无畸变线路模型研究了同塔双回直流线路故障电压电流的相模变换方法和模量求解方法;系统地分析了极线故障行波的特性及其与单回直流线路的差异性,以及实际同塔双回直流线路不对称换位和参数频变等影响因素;基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件进行了分析验证。研究成果有助于对目前基于单极线电气量的直流线路行波保护动作性能的分析以及其在同塔双回直流线路上的适应性研究。     

一种直流输电线路故障测距新原理

提出了一种新的直流输电线路双端故障测距方法。该方法建立在分布参数模型基础上，利用两端电压、电流量分别从两端计算沿线电压分布，并根据所计算的沿线电压分布在故障点处相等进行故障定位。该定位方法在时域中进行，所需数据窗短，计算简单，定位精度高。在输电线路仿真模型的选择上考虑了线路参数的频变特性，PSCAD和换流站录波数据的仿真结果表明，该方法能够对直流输电线路实现快速准确的故障定位。     

±800kV直流输电线路故障定位的单端电压自然频率方法

输电线路故障行波频谱与故障距离之间存在数学关系,故利用故障行波频谱可以实现故障测距。直流输电线路两端平波电抗器和直流滤波器构成了直流输电系统实体物理边界,它对于行波高频部分呈近似开路特性,其反射系数接近于1,使得量测端时域波形呈周期性。对于行波低频部分,直流滤波器的频率特性使量测端的行波极性会发生翻转,致使时域波形的相角偏移,在频域上表现为自然频率的偏移。此外,故障电压行波于非对称短路点发生线模与零模行波相互交叉透射,致使故障电压自然频率“混叠”。鉴此,利用人工神经网络（artificial neural network,ANN）的非线性函数逼近拟合能力,选择故障电压自然频率的主频及其2倍频的幅值和频率作为样本属性,对神经网络进行训练、测试来确立直流输电线路故障定位的ANN模型。大量的PSCAD数字试验表明,基于自然频率和ANN的UHVDC线路故障测距方法可行、有效。     

考虑频变参数的高压直流输电线路距离保护

提出了一种基于频变参数模型的高压直流输电线路距离保护方法。该方法的主要原理是将线路的频变参数特性用补偿矩阵表征,从而将频变参数模型传输矩阵分解为理想分布参数模型传输矩阵与补偿矩阵的级联,并在实际应用中将该补偿矩阵用有限冲激响应(FIR)滤波器实现。在此基础上,用保护安装处的电压电流准确地计算保护整定点处的电压电流;然后,以整定点为观测点,通过解时域微分方程求得故障距离。所述算法提高了直流线路末端故障的测距精度,容易在时域实现且动作快速,显著改善了高压直流输电线路距离保护的动作性能。     

高压直流三极输电系统的建模与仿真

高压直流三极输电作为一种新的输电方式可以有效提高交流输出线路的容量。文中首先介绍了高压直流三极输电的工作原理,设计了功率平衡控制器使功率保持恒定。基于PSCAD/EMTDC软件平台,建立了高压直流三极输电系统仿真模型,针对系统的稳态运行特性进行了分析,详细阐述了由暂态故障引起的单个换流站紧急停运以及直流线路发生瞬时性和永久性接地故障时的控制保护策略,当发生故障时,将系统切换为双极直流输电,可以保证系统继续稳定运行。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性,表明高压直流三极输电是一种适用于交流线路增容改造的可行方案。     

柔性直流电网架空线路快速保护方案

基于柔性直流输电的直流电网技术,是大规模清洁能源接入电网的有效手段,直流电网快速线路保护是其面临的重要技术挑战之一。以国内计划建设的张北直流电网工程为背景,提出了一套适用于全网配置直流断路器、采用架空线输电的对称双极直流电网线路快速保护方案。保护仅利用单端信息进行故障判别,且保护数据窗短,满足速动性的要求;保护采用电压梯度快速检测故障,利用限流电抗器对故障电压信号的平滑作用实现故障区间的判别,并根据零模与一模电压传播特性的差异判定故障极,实现保护的选择性与高可靠性。结合直流电网的PSCAD模型,验证了所提出方案在不同故障情况下的保护性能,并分析了保护对运行方式改变的适应性。     

基于分布参数模型的高压直流输电线路距离保护

对于距离保护而言,没有必要全线准确测距,只要边界准确,能正确区分区内、区外故障即可.文中针对直流输电线路两端连接有平波电抗器,具有明显的边界特征,提出一种高压直流输电线路距离保护时域算法.该方法建立在分布参数模型基础上,通过保护安装处的电压、电流量,计算得到线路末端的电压、电流量,再应用微分方程算法计算出故障距离,以此作为保护动作依据.针对直流线路近端故障时,测距误差大且保护可能拒动的问题,提出了两段式距离保护的解决方法.仿真表明,基于该算法的保护可以正确辨别区内、区外故障,在全线范围内动作快速、可靠.     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器—电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。     

基于单环定理的HVDC输电线路纵联保护方法

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)线路高阻接地故障时保护容易拒动的问题,提出一种基于单环定理的纵联保护方法。首先,将直流线路两侧电流突变量作为状态变量构造奇异值等价矩阵,根据单环定理进行谱分析从而实现区内外故障识别;然后,通过广义S变换提取两极电流突变量特定频段暂态能量和的比值特征进行故障选极;最后,给出了纵联保护方案。仿真验证表明,所提保护原理判据简单,易于整定,各种故障情况下均能实现快速、有选择性动作。所提方法对不良数据具有较强的免疫能力,即使在线路末端发生高阻接地等最不利于保护动作的故障情况下仍能可靠动作。     

多端高压直流输电系统保护动作策略

多端高压直流输电(HVDC)系统保护动作后故障处理策略的选择与多端系统结构密切相关。详细分析了串联型和并联型多端直流输电系统的闭锁和线路故障再启动逻辑2类保护动作后故障处理策略,并简要介绍了其他保护动作处理策略。快速移相及同时投旁通对是串联型常用的闭锁策略;并联型常采用闭锁脉冲策略,以及禁止投旁通对策略。对串联型而言,极隔离实际上是换流器隔离;由于存在多条多电压等级的直流线路,从而线路故障处理策略复杂度很高;功率回降和极平衡需各主控站协同处理;新增合大地回线开关的处理策略。对并联型而言,线路故障处理需各整流站协同处理;新增降电流后闭锁策略;新增分断直流线路开关策略,便于隔离故障直流线路。     

基于边界特征的高压直流输电长线路故障判别方法

分析了高压直流输电长线路的高频信号衰减作用对目前基于线路边界保护原理的影响。研究了边界的频率特性以及平波电抗器对电流变化率的抑制作用,进而提出了由单端特征频率电流构造的直流线路故障判别方法。在所提出的直流保护方案中,使用特征谐波电流幅值构造启动判据,同时使用特征谐波电流变化量构造保护判据,算法简便且更加充分地利用了基于线路边界的暂态特征。在PSCAD/EMTDC中搭建了双极24脉动直流输电系统模型并进行了仿真分析。结果表明,该判据能准确地区分区内外故障并进行故障选极,受过渡电阻和长线路的影响很小,可以实现全线速动。