基于行波叠加特征分析的VSC-HVDC输电系统单端故障定位

为保障电压源换流器型直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的可靠运行,提出了一种利用行波叠加特征的VSC-HVDC输电线路单端故障定位方法。由于VSC-HVDC输电线路两端直流母线处并联有大电容,直流线路发生单极接地故障后,1模故障分量网络中的电压行波具有"直流母线处全反射,故障点处主要为折射,反射改变电压极性,折射不改变电压极性"的特点。据此在故障分量网络中以行波首次到达本端的时刻为起点,通过计算找出沿线电压前行波和反行波的最强叠加点,该叠加点到对端的距离即是故障距离。PSCAD下的仿真结果显示该方法的故障定位误差≤0.06%,耐过渡电阻能力可达300Ω。该仿真结果表明该方法的故障定位精度高,易于实现故障定位的自动化,在VSC-HVDC输电线路中具有一定的实用价值。     

利用行波电压分布特征的柔性直流输电线路单端故障定位

提出了一种基于分布参数模型的柔性直流输电线路单端故障定位原理。由于柔性直流输电线路两端并联有大电容,直流线路发生单极接地故障后,1模故障分量网络中的电压行波具有以下2个特点:在两端直流母线处全反射,故障点处主要为折射;反射改变极性,折射不改变极性。据此可以在1模故障分量网络中计算本端第1次电压反射波及其前行路径上的电压分布,找出该电压分布的最强正跳变点,该点到对端的距离即为故障距离。该方法的故障定位精度高,理论上不受过渡电阻的影响,无需人工识别行波波头,易于实现故障定位的自动化,仿真结果表明该方法具有全线的适用性。     

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。     

与波速无关的柔性直流输电线路单端行波故障测距算法

基于行波测距原理,提出一种不受波速影响的柔性直流输电线路单端故障测距算法。由于柔性直流输电线路两侧并联大电容,行波在母线处发生全反射。通过对波头的跳变强度和极性,以及在时间轴上的位置关系等3个方面进行分析,为初始反行波和初始前行波首次到达母线测点的时间、以及初始反行波经故障点反射后第二次到达测点的时间的识别和标定提出一套可靠依据,进而推导出一种测距算法。PSACD仿真结果表明,该算法原理正确,具有较高的测距精度。     

±800kV直流输电线路单端行波故障定位的红绿色彩模式检测

不同于交流系统,直流母线上只有直流输电线路一回线路,线路故障单端行波定位原理不会受母线上其他线路的影响,也不存在单相电压过零点附近发生故障和两相电压相等附近发生相间故障时,初始电压行波为零或很小的问题。直流输电线路两端平波电抗器和直流滤波器构成现实的物理边界,故障电压行波在该边界处的反射系数为正且接近于1。将直流线路正、负两极故障电压行波分别映射到红、绿两个颜色通道,形成红绿色彩模式图,其颜色突变点对应于故障行波波头到达量测点的时刻,颜色突变的方向对应于波头的极性,即红色突变对应正极性浪涌,绿色突变对应负极性浪涌。根据故障点反射波与初始行波的颜色突变方向相反,对端边界反射波与初始行波的颜色突变方向相同,来识别故障位于近端1/2线长之内或之外,以及第二个波头的性质。利用图像的边缘检测方法完成故障行波奇异性检测,藉此实现单端行波定位。该方法不需要对故障行波进行小波变换,简单,直观。大量仿真试验表明该方法正确有效。     

基于小波变换模极大值的输电线路单端故障定位

基于故障行波的输电线路单端故障定位利用故障点的反射行波与入射行波到达母线的时间差计算故障距离,但如何区分来自故障点和对端母线的反射行波仍是一个难题。在分析故障点和母线的反射特性的基础上,利用电流行波线模分量小波变换的最初2个模极大值之问的相对极性区分来自故障点和对端母线的反射行波．并提出了一种改进的基于小波变换模极大值的输电线路单端故障快速定位方法,能够不受故障类型、故障电阻及耦合线路的影响。理论分析和仿真结果表明,该方法切实可行。     

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。     

CSC-HVDC输电线路单端行波自动故障定位方法

传统行波故障定位方法有行波波头难以识别,无法实现自动化的固有缺点,为此,基于直流线路发生故障时,线路两侧的直流滤波器和平波电抗器组成的物理边界会对电压行波中的高频信号产生全反射,而且高频电压行波在故障点折射强于反射的特点,采用线路的分布参数模型,提出了一种高压直流输电线路单端行波自动故障定位方法。该方法用线路高频电压分量和高频电流分量计算沿线电压分布,识别出前行波和反行波的最强叠加点即可实现故障定位。此方法避免了传统行波测距中需要人工识别行波波头的缺点,所需数据窗短,测距特征明显易于实现自动化,仿真验证表明该方法定位精度高,1 000 km线路最大测距误差仅为800 m,且不受过渡电阻的影响。     

输电线路单端行波故障测距新算法

输电线路发生故障后,行波从故障点出发向不同方向行进,基于单端行波测距原理,故障点反射波以及其他折射反射行波到达检测母线的各个行波波头极性组合,反映了线路的不同故障区段,可以直接判断出故障点所属区段。文中对随机故障发生的4个区段,利用各类行波到达检测母线的时间,分别推导了不受行波速度影响的故障测距算法。现场应用验证了该算法的有效性。     

输电线路双端行波故障定位新算法

双端行波故障定位原理简单,但受行波波速的不确定、输电线路长度差异以及行波波头到达时间记录不准确等因素的影响,容易出现较大的定位误差.在常规双端行波故障定位原理的基础上,提出了一种新型输电线路双端行波故障定位算法,通过记录故障初始行波到达线路两端的时刻、参考端记录的故障点反射行波和对端母线反射行波到达时刻,解方程组得到不受波速和线路弧垂影响的故障定位结果.实际应用结果表明,该算法具有较高的定位精度.     

基于单端电流量的同杆双回线故障定位方法

提出了一种基于同杆双回线单端电流量的故障测距方法.在故障状态下,双回线可以分解成同向网和环流网,其中环流网只与双回线有关,且两端电压为零.根据双回线环流网的特点,只需电流量就可求取环流网中的电压分布.因为双回线环流网中的行波具有两端母线处反射强、故障点反射弱的特点,所以可以根据环流网中行波首次到达测点的时刻为起点,由前行波和反行波电压的最强叠加点所处的时刻和位置进行故障定位.仿真验证表明该方法定位精度高,不受过渡电阻影响.     

基于单端电流量的同杆双回线故障定位方法

提出了一种基于同杆双回线单端电流量的故障测距方法。在故障状态下,双回线可以分解成同向网和环流网,其中环流网只与双回线有关,且两端电压为零。根据双回线环流网的特点,只需电流量就可求取环流网中的电压分布。因为双回线环流网中的行波具有两端母线处反射强、故障点反射弱的特点,所以可以根据环流网中行波首次到达测点的时刻为起点,由前行波和反行波电压的最强叠加点所处的时刻和位置进行故障定位。仿真验证表明该方法定位精度高,不受过渡电阻影响。     

特高压直流输电线路电压突变量保护优化

特高压工程的直流输电线路接地故障试验发现运行阀组数目较多的一极直流输电线路发生接地故障时,另外一极的电压突变量保护可能会发生误动。为了解决此问题,文中首先指出故障行波共模分量的传输速率要小于差模分量的传输速率,共模分量和差模分量到达保护测点处存在一个时间差。其次,分析出电压突变量保护误动的原因是共模分量和差模分量到达保护测点处的时间差大于电压突变量保护的时间定值。接着,提出将共模分量的极性作为识别故障极的判据并据此改进了电压突变量保护。最后,搭建了特高压直流输电实时数字仿真模型,验证了分析结果和改进方法的正确性。     

基于初始反极性行波检测的单端故障测距算法

从正、反极性初始故障行波综合利用的角度,提出了检测初始反极性行波实现单端故障测距的新算法.初始反极性行波检测过程中所受干扰相对较少,检测可靠性较高,并且其出现时刻与故障点位置具有特定的分段线性关系.通过“三一类”母线(测量端本端为三类母线,对端为一类母线)初始反极性行波的特征分析并辨识其出现时刻,结合初始故障行波,可有效确定该母线类型下故障点所属线路区段和第2个波头性质,并可初步测量出故障点的位置,依此构造稳定可靠的单端行波测距算法,并确定故障点的精确位置.该算法利用初始正、反极性行波波头,检测可靠性相对较高.仿真验证表明,该算法可有效确定故障点的位置,并将显著提高单端行波故障测距的适应能力及准确性.     

±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。     

基于数学形态学的高压直流输电线路无通道保护研究

高压直流输电线路的行波保护，分有通道保护和无通道保护2种方式。现有输电线路行波故障测距的共同缺点是：无论单端法还是双端法都会由于故障发生时行波波速的不确定，给故障定位造成误差。新型的基于单端行波故障澳4距的无通道保护方案，利用数学形态学检测故障波形，准确确定暂态初始行波、故障点反射波、对端母线反射波到达保护装置端的时间，能实现故障准确判别和故障定位。     

计及模速差异与杂散电容的反向行波辨识

单端法是行波测距研究的热点,但第2个浪涌波头的辨识因非故障线路及故障对端母线的存在变得困难。为此藉助故障行波线模与零模波速的差异提出一种区分故障半程内外的辅助判据。反向行波虽能有效抑制相邻非故障线路行波折射的影响,但仅基于极性比较的方法并不能准确地辨识出第2个电压行波,故考虑电压行波在实际变电站母线杂散电容处的传播特性,即电压行波在杂散电容处的初始反射系数恒为负的结果而利用第2个反向行波相对极性进行波头辨识。理论分析和实际仿真结果表明,这种方法不受线路两端母线类型影响,对单端行波测距法的有效实施有非常现实的意义。     

不受波速影响的输电线路单端行波故障测距研究

现有输电线路行波故障测距方法,不论单端法还是双端法都会由于故障发生时行波波速的不确定．以及输电线路正常弧垂的影响,从而导致故障测距结果不精确。立足于现有输电线路行波故障测距原理．提出了一种新型的单端行波故障测距方法,通过小波变换得到故障初始行波、故障点反射行波和对端母线反射行波到达母线的时间．在此基础上求解3个距离与时间的方程,得到不受波速影响的故障测距结果。理论上该方法不受行波波速和线路弧垂的影响．仿真分析也证明了其正确性．     

基于电压行波波形特征的柔性直流输电线路雷击识别方法

柔性直流输电系统的线路主保护速动性要求极高,线路受雷击干扰后引入大量高频暂态信号易引发线路保护误动作。针对此问题,首先根据行波的传播规律分析雷击后线路电压行波特征,得出雷击干扰与故障的特征差异。雷击干扰时,暂态过程中电压行波经线路边界反射后波头极性不发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔大。雷击故障时,电压行波经故障点反射后波头极性发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔小。然后,根据电压行波波形特征差异提出长短窗结合的雷击干扰识别方法。最后,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对所提方法进行验证。结果表明,所提出的雷击干扰识别方案能够快速、可靠、准确地识别雷击干扰与故障情况,不受雷击位置、线路参数、雷电流参数和噪声的影响。     

一种基于区段判别的混合线路组合行波定位方法

为了提高传统组合行波测距方法的测距精度,分析了混合输电线路故障后故障行波的传播过程以及发生折射、反射的情况,并提出一种基于区段判别的混合线路组合行波定位方法。首先利用故障初始行波到达线路两侧的时间差来判定故障区段,由单端法给出准确的测距结果,然后通过线路两端采集到的时间由单端原理给出准确的测距结果,消除了双端法受线路给定长度误差以及同步时钟误差问题的影响,不需要对第二次到达母线侧的故障行波进行假设计算,简化了传统的组合行波测距方法,提高了传统组合行波测距法的测距精度。PSCAD仿真表明,所提出的高压混合输电线路组合行波测距方法是可行的,与传统组合行波测距方法相比,测距精度明显提高。