基于边缘检测的大规模风电场送出线路纵联保护算法

由于风电出力的波动及送出线路发生故障时故障电流的频偏特性,风电场送出线路纵联保护灵敏度下降甚至拒动,因此提出了基于边缘检测的风电场送出线路纵联保护算法。通过将风电场送出线路两侧采集到的电流构造为矩阵形式,并使用Sobel算子进行边缘检测,从而确定电流采样值变化大的部分。然后通过所识别到的线路两侧电流采样值变化大的部分计算平均梯度幅值并与整定值相比较,实现区内故障和区外故障的快速识别。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了大规模风电场送出系统模型,验证了所提算法的适用性、速动性及抗过渡电阻能力。与现有送出线路的纵联保护相比,所提方法在风电场弱出力的情况下仍适用,且动作速度更快。     

基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护

由于双馈风电场输出的故障电流具有频偏特性且含有较大的谐波分量，当双馈风电场送出变压器发生内部故障时，变压器差动电流中二次谐波与基波的比值增大，使得变压器差动保护面临延时动作的风险；且系统发生故障时，双馈风电场输出的故障电流中存在大量非周期分量，会使得送出变压器中的电流互感器更易发生饱和现象，致使传统变压器差动保护的可靠性降低。提出了基于去趋势分析的大规模风电场送出变压器的差动保护方案。首先，将采样电流通过滑动数据窗进行去趋势分析得到去趋势残差函数，然后，结合电流波形斜率特征完成对变压器励磁涌流及故障差流（包含电流互感器饱和状态下）的有效区分。最后，在PSCAD中搭建了双馈风电场送出系统，在不同工况下验证且分析了所提保护方案的适用性。     

基于巴氏距离算法的风电场交直流并网系统送出线纵联保护∗

风电场常见的并网方式有交流并网和柔性直流并网,交流并网送出线和柔性直流并网交流侧送出线发生短路故障时,线路保护都会受到风机故障特征的影响,且在柔性直流送出系统中,电气量还受到换流侧电子元件的非线性调节和谐波的影响,导致传统继电保护在两种送出系统中的动作性能较差.因此,根据送出线发生区内外故障的电 流波形特征,将基于时域量的巴氏距离算法与纵联保护结合,计算两端电流波形相似程度,以此判断线路是否发生故 障,并考虑过渡电阻、噪声干扰、混叠频率、CT饱和等对保护方案的影响.最后,基于MATLAB/Simulink 和 PSCAD/EMTDC平台搭建双馈风机分别经交流送出的系统电磁暂态仿真模型,仿真验证保护方案在双馈风电场送出线上的适应性.结果表明,保护方案在以上因素影响下仍能正确动作,保护的动作性能较好。     

基于电流极性比较的抗电流互感器饱和新方法

提出了一种适用于输电线路差动保护抗电流互感器（TA）饱和的新方法———电流极性比较法。该方法通过将输电线路二次电流和差流相应的瞬时值相乘再积分的方法来比较两电流的极性关系,以此区分内部故障和外部故障时的TA饱和。EMTP仿真计算表明,在输电线路外部故障且TA发生饱和时,电流极性比较法能够可靠地闭锁差动保护;而在内部故障尤其是外部转内部故障且发生TA饱和时,也能使保护快速开放。     

双馈风电场的频率特性对距离保护的影响

基于双馈的风力发电场送出线路发生故障时,风力发电机的短路电流的特性与常规电力系统短路电流特性有明显的差别,主要表现在短路电流可能非工频,这种特性使得利用工频傅式算法进行信号的基频相量的提取和计算不正确。为了深入分析双馈风电场短路电流的这种特性,文中将结合双馈风电场的等效电路,从理论上分析送出线路故障时,风电场侧电流、电压的频率主要成分,并通过频谱分析进行验证。根据风电场侧电流、电压的频率不一致的特性,在PSCAD中仿真分析该种特性对送出线路上传统距离保护的影响。通过对某地区风电场仿真的实验结果可知,短路电流偏移工频,使得基于傅里叶工频算法的传统距离保护不能准确地测得阻抗,从而造成距离元件的误动作。     

一种防止变压器纵差保护区外故障误动的新方法

在对电流互感器饱和进行理论分析的基础上,基于对差动电流采样值波形特征的识别,提出了一种防止变压器纵差保护区外故障误动作的新方法。该方法通过面积比较法和相位比较法两个判据,不仅能有效地区分内、外部故障,从而在区外短路且电流互感器严重饱和情况下对纵差保护实现实时闭锁,而且在闭锁时间段内能利用相位比较法有效地对系统进行监测,当发生区外转区内故障时适时解除闭锁信号,开放保护。判据利用了故障后第1周期的数据,不会影响比率制动特性的动作时间,计算简单,易于实现。大量仿真结果证明了该方法的有效性和正确性。     

基于电流波形相似性的风电场集电线路纵联保护

双馈风力发电机(DFIG)与传统电源的电磁暂态特性不同,导致现有的保护难以适应含DFIG风电场送出线路。为了提高故障识别的速度和可靠性,提出了一种基于电流波形失配度的新型纵联保护方案。弗雷歇距离算法用于比较受保护线路两侧当前故障电流的差异。仿真证明所提保护方法能够在不同的故障类型、故障位置和其他条件下可靠、快速地识别故障。     

一种防止变压器纵差保护区外故障误动的新方法

在对电流互感器饱和进行理论分析的基础上，基于对差动电流采样值波形特征的识别，提出了一种防止变压器纵差保护区外故障误动作的新方法。该方法通过面积比较法和相位比较法两个判据，不仅能有效地区分内、外部故障，从而在区外短路且电流互感器严重饱和情况下对纵差保护实现实时闭锁，而且在闭锁时间段内能利用相位比较法有效地对系统进行监测，当发生区外转区内故障时适时解除闭锁信号，开放保护。判据利用了故障后第1周期的数据，不会影响比率制动特性的动作时间，计算简单，易于实现。大量仿真结果证明了该方法的有效性和正确性。     

基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据EI北大核心CSCD

根据不同类型故障下的输电线路两侧电流波形特点,从实用化角度考虑,结合Bhattacharyya距离算法,提出了基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据。通过仿真实验分析了该判据的动作特性和灵敏度等问题。仿真结果表明,利用Bhattacharyya系数进行线路两侧电流波形相似度比较的纵联保护,原理简单,可靠性和灵敏度高,能快速有效识别输电线路中出现的各类故障,并在区外故障引起某侧电流互感器饱和而导致波形缺失以及波形采样异常时能够可靠闭锁,具有很强的抗干扰性。     

适应于双馈风电场送出线的时域距离纵联方向保护

针对基于傅里叶算法的距离纵联方向保护应用于双馈风机接入系统会受频偏特性影响这一问题,分析了双馈风机短路电流特性对传统距离方向元件的影响。考虑到双馈风电场的频偏特性,运用了一种时域保护原理,即通过采集双馈风电场送出线两端保护安装处电压、电流时域信息,利用递推最小二乘法辨识出两端保护装置感受到的电阻、电感,将时域距离保护II段作为方向判别元件实现时域距离纵联方向保护。仿真结果表明,该方法不受风电场侧短路电流频偏特性的影响,能准确、快速判断出故障方向,且具有较强的抗过渡电阻能力,提高了双馈风电场送出线纵联方向保护的动作可靠性。     

变压器间及其与电流互感器暂态交互作用分析和保护对策

交直流混联复杂电网发生扰动和故障期间,变压器之间及其与电流互感器之间将发生暂态交互作用,这一复杂暂态过程,增加了故障判断的难度,影响到继电保护正确动作。近年来,电网发生不少由于变压器空投导致相邻变压器、发电机和输电线路保护误动的事故,威胁电网安全运行。从原理分析、数字仿真以及动模试验等多个层面围绕变压器励磁涌流、和应涌流以及互感器暂态饱和开展研究,论述变压器之间及其与电流互感器暂态交互作用机理,分析电磁暂态对保护的影响,提出保护的应对措施。并讨论了一种多场景仿真平台,可用于电流互感器选型和事故分析。     

输电线路光差动保护初探

全光纤电流互感器是通过Faraday磁光效应测量载流导体中电流,不存在磁饱和、测量范围广、线性度好。由于载流导体中电流磁场效应可以叠加,可将输电线路差动电流测量转换为利用光学器件在光路层面直接进行Faraday磁光效应偏转角的运算,不需要繁复的对时就可直接获得线路两端电流差值,在此基础上构成光差动保护。在PSCAD中搭建光差动保护模型,仿真结果表明光差动保护测量差流能够反映实际差流变化情况,采用固定门槛值的光差动保护对区内故障具有较高的灵敏度,在区外故障时具有一定的可靠性。     

3/2开关接线方式下基于能量制动的抗电流互感器饱和措施

结合一起3/2开关接线方式下,发生区外故障时由于电流互感器(TA)饱和导致差动保护误动作的案例,分析了3/2开关接线方式下TA饱和对比例电流差动保护的影响,得出了基于差动量和制动量比例制动特性的电流差动保护在区外故障出现TA饱和时动作概率会很大的结论。根据在TA线性传变区内差动电流和制动电流能够正确反映区内外故障的思想,提出了基于能量制动的抗TA饱和措施,并且针对3/2开关接线方式下的特殊电气结构,提出了在该接线方式下的一种新的制动能量表达方式,能够对由于区外故障导致的TA饱和进行可靠识别并闭锁差动保护。仿真分析表明,针对3/2接线方式下可能出现的TA饱和现象,提出的抗TA饱和措施能够显著提升电流差动保护的抗TA饱和性能。     

双馈风场进线对220 kV母线采样值差动保护的影响

由于采样值差动保护具有计算速度快、易考虑CT饱和等优点而被普遍应用于当前的母线保护装置中。然而暂态特性不同于传统火电机组的双馈风电机组大量接入电力系统,这会给现有的继电保护带来严重的挑战。以双馈风电场远距离接入220 kV电压等级变电站母线为例,在RTDS仿真平台上研究双馈风场进线对母线采样值差动保护的影响。结果表明,在母线区内故障时风场侧支路提供的短路电流存在弱馈、高谐波及频率偏移等特点。与此同时,计及CT饱和、双馈机组本身的无功优化控制策略等因素影响,使得该短路电流的复杂性更加突显,进而造成传统母线釆样值差动保护动作有延迟。为此,提出了一种自适应变数据窗的釆样值差动保护判据,并通过RTDS仿真平台验证了该方法行之有效。     

基于有源电子互感器的输电线路等传变差动保护

罗氏线圈电子式电流互感器的积分环节会放大传变误差,可能造成电流传变严重失真,导致保护误动。针对此问题,提出了线路保护直接采用罗氏线圈微分电流信号输出的改进思路。并以差动保护为例,提出了一种基于有源电子互感器的输电线路等传变差动保护方法。该方法直接采用罗氏线圈输出的电流微分信号进行计算,将用于电容电流补偿计算的电压信号经虚拟罗氏线圈数字传变处理,保证电压电流信号经过相同的传变环节。仿真和试验结果表明,新方法在区内故障时可快速动作,且消除了积分环节引入的传变误差对差动保护的影响,降低了电压电流传变差异对保护精度的影响,性能优于现有差动保护方法。     

基于双端电流波形相关度识别的线路零序差动保护启动元件

对一起线路保护误动案例的分析结果表明:若某侧电流互感器在区外故障时发生轻微暂态饱和,因其电流波形畸变不明显使饱和判据失效,零序差动保护容易误动作。为解决这一问题,对三相电流互感器的暂态饱和特性进行了分析,得到了暂态饱和时间与故障角、故障电流的关系,并采用迭代方法计算出进入饱和的最小时间和使电流互感器饱和的最小全偏移故障电流。在此基础上,以两端零序电流作为识别对象对电流互感器饱和状态进行鉴别,构建了改进的零序差动保护启动元件。在电流互感器有剩磁和无剩磁工况下对各种故障进行了仿真,结果表明该启动元件可大幅提高零序差动保护动作的准确率,证明了其可行性和有效性。     

基于小波变换的行波差动保护

行波差动保护在原理上具有灵敏可靠及良好的选择性等优点,而且不受分布电容电流、母线结构、过渡电阻、电流互感器饱和等因素的影响.但传统的行波差动保护要求实时传送所有高速采样数据,目前的通信手段难以胜任;若降低采样频率,则保护的灵敏度和可靠性将会降低.文中在对行波的小波分析的基础上,提出了基于小波变换的行波差动保护原理和算法.新的保护仅利用行波故障信息中的关键信息--行波波头信息,显著减少了数据通信量,使之能够适应现有的通信手段,同时提高了保护的灵敏度和可靠性.分析和仿真表明该保护动作快速、灵敏、可靠,可作为超(特)高压输电线路主保护.     

空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量分布的定量计算研究

空充变压器可能在邻近运行直流线路上产生电压和电流的50 Hz分量,存在引发50 Hz保护动作而导致直流降功率的风险。针对空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量的分布展开研究,为进一步制定合理的应对措施提供指导。分析了运行直流线路产生50 Hz分量的机理,并提出基于测试信号法的直流线路入口端谐波阻抗计算方法。在此基础上,研究了在不同运行方式下,空充变压器时运行直流线路沿线50 Hz分量的定量计算方法。以牛从直流的PSCAD/EMTDC仿真模型为例,利用上述方法进行计算,并将计算结果与仿真结果进行对比。分析结果表明,二者具有较好的一致性,这验证了所提定量计算方法的准确性和有效性。     

风电场场内输电线路直击雷防护研究

风力发电场的场内输电线路是防雷保护的薄弱环节.当雷电击中输电线路时,会造成线路过电压,损坏电力变压器设备.对此,笔者以某风力发电场雷击事故为例,利用电磁暂态程序ATP/EMTP建立雷电直击于输电线路的模型,定量计算出升压变压器上的暂态过电压和流过电缆的最大雷电流,综合考虑安装线路避雷器和降低接地电阻对计算结果的影响,然后确定风电场场内输电线路有效的防雷保护方案,确保变压器安全可靠运行.仿真分析验证,采用该方案能提高场内输电线路的耐雷水平,能起到保护变压器安全运行的作用.     

特殊工况下换流变零序差动保护误动机理分析及对策研究

针对高压直流输电工程中换流变压器零序差动保护误动的案例,分析了特高压换流变中性线上电流互感器在长时间单极-大地运行伴随交流系统高阻故障工况下饱和机理。采用基于工程实际参数的特高压直流输电模型进行仿真分析,揭示换流变零序差动保护误动原因。并根据区内、外故障时保护两侧自产零序电流和中性线零序电流极性差异,提出一种基于S变换相位差的换流变零序差动保护闭锁新判据,以解决特殊工况下换流变零序差动保护误动的问题。通过仿真验证该判据的有效性。