柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距研究

直流线路双极短路故障测距是柔性直流配电网的发展亟须突破的关键技术之一。基于模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网短路故障测距研究,首先根据柔性直流配电网的拓扑结构,明确直流线路的保护区段的划分。其次在发生双极短路故障时,利用故障暂态电压变化规律,引入电压偏离系数识别故障发生的区段,并在相应的故障区段两端投入故障测距电容。测距电容、线路电感、线路阻抗等效为RLC串联电路,列写故障测距方程,从而计算故障距离。最后在PSCAD/EMTDC中搭建双端柔性直流配电网模型,仿真验证直流双极短路故障时识别故障区段的准确性和测距方法的可行性。     

一种直流配电网线路故障测距新方法

该文提出一种直流配电网线路故障测距新方法。设计了一种直流线路故障测距模块,其由直流电压源、电容和可调电感以及开关组成;当直流线路发生故障,由直流断路器快速动作,在故障区间内将测距模块的电容和电感与线路阻抗等效为RLC串联电路;根据RLC二阶电路零输入响应特性,计算其等效串联电阻,并调节测距模块的电感量;然后通过提取电容初始放电至电流峰值这段时间内的电容电压和电流值,列写能量守恒方程,从而计算故障距离。在PSCAD/EMTDC中搭建了双端直流配电网的模型,并利用MATLAB对所提故障测距方法进行仿真,结果表明,该方法能够对直流配电网线路的故障点进行准确定位,原理简单、抗过渡电阻能力强。最后将所提方法与其它方法进行了对比验证。     

环状直流配电网故障测距方法

直流线路发生故障后,为快速找到故障点,研究直流配电网的故障测距技术十分必要.文中在分析直流配电网故障特征的基础上,提出了一种基于故障暂态信息的高精度故障测距方法.该方法利用故障电容放电阶段的电流电压信息建立故障测距表达式,然后对式中电流微分计算方法进行分析,提出了降低测距误差率的采样点选取方法,利用选取的点参与故障测距计算得到的结果精度较高.最后在PSCAD/EMTDC上进行故障仿真,并将录波数据导入到MATLAB进行计算,结果验证了方法的有效性.     

利用电容主动放电脉冲的直流配电网故障选线方法

为提高柔性直流配电网的供电可靠性,且在直流线路发生单极接地故障时配电网能够带故障持续运行一段时间,分析了小电流接地方式下电压源型多电平换流器与模块化多电平换流器的单极短路故障通路,计算验证了暂态故障电流的变化特征,由此提出利用两电平换流器直流集中电容在单极故障时控制其暂态放电脉冲的主动式故障选线方法,该方法无需增加外部信号注入设备,即可实现主动式故障选线,尤其适合于结构复杂、分支线路多且线路长度短的柔性直流配电网。最后,在PSCAD/EMTDC中建立典型柔性直流配电网仿真模型,仿真结果表明,所提方法能够准确实现对柔性直流配电网的单极短路故障选线。     

基于电流变化的环状直流配电网故障定位方法

针对现有故障测距方法无法同时对单极接地故障和极间故障进行定位,以及利用电容放电阶段进行故障定位时忽略了多端换流站都会对故障点注入电流等问题,提出一种利用故障线路上的全电流分量对多端柔性直流配电网进行故障定位的方法。通过联立与故障点相邻两网孔的电压方程,从算法上解决了过渡电阻对求解故障位置的影响。在simulink中搭建6端环状模型对所提方法进行仿真,结果验证所提方法可以在发生线路故障时能快速识别故障并进行可靠定位,满足直流配电网的故障测距要求。     

基于直流电抗电压的柔性直流配电网故障测距方法

故障测距是柔性直流配电网发展所需的关键技术之一,传统的高压直流输电系统故障测距方法在直流配电系统中适应性不好。因此在考虑线路配置直流电抗器的情况下,提出一种基于直流电抗电压的直流配电网双端故障测距方法。该方法从直流故障的电容放电阶段进行研究,利用线路两端直流电抗电压构建包含故障距离和过渡电阻的两个未知参数的时域微分方程,并利用最小二乘法进行求解。PSCAD仿真结果表明该方法能够有效地进行故障定位,并且能够计算出故障点过渡电阻,可以满足直流配电网的故障测距要求。     

基于MMC主动电压式的HVDC输电线路暂态故障测距方法

针对模块化多电平柔性高压直流(MMC-HVDC)输电线路的两种不同故障类型提出了一种基于MMC主动电压式的暂态法故障测距方法，该方法利用MMC模块的可控性技术，使两侧MMC在不影响线路正常运行并易于检测的条件下产生主动性电压，对其放电的暂态过程进行分析，通过将两种故障类型的输电线路进行简化，求解二阶暂态方程，得到故障距离。随机选取录波数据点，利用所推导出的两种故障类型的测距表达式进行计算。结论表明单极接地短路故障测距的误差率基本可稳定控制在1.5%以内，而双极短路故障测距在故障点接近线路中段时的误差率可控制在2%以内，验证了该仿真系统的准确性。     

多端柔性直流电网的故障定位方法

多端柔性直流电网的故障定位技术是保障直流电网安全可靠运行的关键技术,以基于两电平电压源型变流器(two-level voltage source converter,two-level VSC)所组成的多端柔性直流电网为研究对象,采用先定区段再定位的思想研究其故障定位技术。由于受到故障回路和直流侧大电容的影响,故障区间和非故障区间变流器出口处直流电容的电压变化率(du/dt)不同,根据上述特征可以采用对比VSC出口侧直流电容放电电压变化率的方法来确定故障区段;故障区段确定后,利用短路故障所形成的放电回路推导出故障位置的计算公式,并将VSC直流电容的暂态电压录波数据进行分段计算来完成故障测距。在MATLAB/Simulink中搭建基于两电平VSC的多端柔性直流电网,并对所提出的方法进行仿真验证;同时将所提出的方法与已有的方法进行对比分析,验证所提出方法的可行性和有效性。     

考虑轨地回路分布式参数的直流牵引供电系统双端稳态故障测距算法

针对城市轨道直流牵引供电系统短路故障定位困难的问题,提出了一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态故障测距算法。在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线直流开关柜的测试电路将直流牵引网电压施加在接触网与钢轨之间,利用2次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。在考虑钢轨-大地两层回流结构的基础上,对分布式参数的轨地回路进行T型等效,通过解析计算得到故障距离与端口电阻的表达式。该方法不需要增加额外的故障测距设备且不需要双端数据的同步,不受接触电阻和暂态过程中的钢轨阻抗频率特性的影响。利用CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置、过渡电阻以及电压、电流测量装置测量误差对故障测距精度的影响。在实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的2种情况,结果验证了所提故障测距算法的有效性和实用性。     

基于主动注入的柔性直流配电网故障定位

柔性直流配电网中换流站难以耐受双极短路冲击电流，在1~2 ms内闭锁，提供给故障定位的有效信息少，定位精度差。因此，提出了一种基于DC/DC主动注入的柔性直流配电网的故障定位方法。在换流站均闭锁的情况下，金属性故障解锁配网首端DC/DC换流站，非金属型故障先后解锁首末两端DC/DC换流站，然后提取电压电流数据进行故障定位。该故障定位方法考虑了换流站因快速闭锁无法提供有效暂态信息的问题。利用DC/DC换流站高压侧支撑电容对注入信号的电气特征响应，即可实现故障区段区别。此外，该方法不需要额外的注入设备且适用于单一MMC换流站的网络，原理简单可靠且定位精度高。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电网，验证了所提故障定位方法的可行性。     

消除暂态过程影响的滤波算法及其在故障测距中的应用

电力系统故障暂态过程中,电压、电流信号包含着衰减直流等暂态分量,这必然对故障暂态过程电气量的获取精度产生影响.通过构建精确求解基频及整次谐波分量的非线性方程以及将其转化为线性方程进行求解,并针对离散化积分引入的误差进行修正,提出一种能完全滤除衰减直流分量的高精度、高稳定的滤波算法.通过对各种典型信号及幅频特性的分析,验证了该算法计算精度高、稳定性好,且对非整次谐波等故障暂态分量具有较强的抗干扰能力和抑制作用,其在故障测距中的应用表明该算法能有效提高故障暂态过程中的测距精度.     

基于新型柔性限流器的直流配网故障特性分析

为抑制直流配电网短路故障电流,降低其内部断路器开断要求,提出了一种可串联于直流线路的新型柔性限流器.正常运行时,通过桥型电路将该柔性限流器旁路,使其不影响系统的运行.故障时,通过桥型电路的自然切换,将该限流器串入直流配电网系统,为故障回路提供可变箝位电压,实现AC/DC换流站出口放电电容压降的灵活控制,进而有效抑制故障...     

基于小波变换和强跟踪滤波器的配电网短路故障定位

针对配电线路故障测距受过渡电阻的影响问题,提出强跟踪滤波器的方法实现配电网相间短路故障测距。利用小波分析对配电线路首端故障电流和电压进行预处理,消除信号中的高频噪声信号。分析配电网相间短路构成的故障回路,建立关于线路故障电流和短路过渡电阻的微分方程。合理选择状态量和输出量将故障回路的微分方程转化为状态估计方程,利用强跟踪滤波器的状态估计算法实现相间短路的故障测距。通过Matlab仿真表明该算法是有效的,利用小波分析对故障电流和电压进行处理,能提高测距的快速性和准确性。     

基于暂态电流的MMC-LVDC双极短路故障定位方法

随着分布式电源和直流负荷的大量接入,直流配电系统相较于交流系统更具优势。故障定位是直流配电网可靠、优质供电的关键支撑技术之一。分析了模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流配电网双极短路故障暂态特性,提出了一种基于子模块闭锁后初始阶段暂态电流的故障精确定位方法,建立了双端MMC型柔性直流配电网的等效电路,推导了直流电流的时域表达式,构建包含故障距离和过渡电阻2个未知参数的时域方程组,并利用最小二乘法进行求解。该方法适用于不同接地方式。在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网模型。仿真结果验证了该方法的有效性、可靠性与准确性,针对两端换流站参数不对称和过渡电阻时变场景,所提方法也具有很高的定位精度。     

MMC对交流系统三相短路故障短路电流影响的机理研究

该文从柔性直流输电系统运行控制原理出发,分析得到柔性直流电网换流站近区发生三相短路故障后,换流站提供短路电流的特征,并在PSCAD上搭建模型进行仿真验证。研究发现,短路故障发生后,柔性直流换流站呈电流源特性,提供的短路电流分为暂态过程和稳态过程两个阶段。故障发生控制系统响应后,换流站提供的短路电流是三相对称交流量,不存在直流分量。短路电流暂态过程与换流站的控制参数有关,而短路电流稳态值的大小与换流站的控制方式、运行模式以及换流站控制器的控制参数密切相关。该研究可以为今后柔性直流输电工程建设中控制参数的设定,以及柔性直流输电工程换流站接入点的选择提供参考。     

基于暂态电流波形斜率的中压柔性直流配电线路故障定位方法

为了提高中压柔性直流配电网的安全稳定运行能力,提出了一种基于暂态电流波形斜率的中压柔性直流配电线路故障定位新方法。通过分析时域内的单极接地短路故障、双极短路故障暂态特性,发现不同故障类型下暂态电流突变点的波形切线斜率不受电容放电形式的影响,暂态电流波形切线斜率与故障点位置构呈反比例型函数关系。利用正、负极电压梯度判别故障类型与故障极,针对不同故障类型,利用线路两端故障暂态电流波形的切线斜率求解故障距离。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性与准确性,其能够在不同故障类型、不同故障距离、不同过渡电阻的情况下精确定位故障点位置。     

基于重合直流断路器残余电流开关的柔性直流电网故障测距

精确故障测距是确保电力系统故障快速排查清除的关键技术,其中基于行波固有频率的故障测距方法在常规直流输电系统中具有突出的技术优势.但是通过分析发现,柔性直流电网故障行波固有主频率低、可利用数据窗短,导致基于固有频率主成分的测距算法存在较大误差.针对上述问题,提出在重合闸期间重合残余电流开关创造足够长的暂态数据窗.同时,提出了主/次频迭代计算/校验式测距算法.在应用于柔性直流电网时,与传统利用故障初期固有主频实现故障测距的方法相比,所提测距方法能够显著提升故障测距精度,并且消除多重信号分类算法虚假谱峰现象导致的测距偏差问题.大量仿真算例验证了所提方法的可行性与优越性.     

基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

为了提高现有柔性直流配电网故障定位方法的性能,保证直流配电网供电可靠性以及故障后快速恢复供电,提出基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法.利用混合模块化多电平换流器(MMC)的高可控性,将故障电流分为阶段Ⅰ与阶段Ⅱ.阶段Ⅰ主要实现故障电流快速抑制并为阶段Ⅱ平滑过渡提供条件.阶段Ⅱ通过注入特定频率的高频反向电流,实现故障的精确定位.介绍了故障参考电流的设计方法.以非对称"手拉手"式双端直流配电网为典型场景分析其故障定位原理.最后,在PSCAD/EMTDC搭建双端直流配电网仿真模型,验证了所提故障定位方法的可行性.     

适用于直流配电网的测距式保护

提出了一种测距式保护,以保障基于电压源换流器的直流配电网安全可靠运行。在概述直流配电网拓扑结构的基础上,分析了双极短路故障各阶段电气量特征,重点探讨了R-L模型算法用于直流线路测距时在变量获取方法和数值稳定性两方面存在的局限性,并相应提出了新型变量获取方法以及提高算法数值稳定性的办法。仿真结果验证了所提保护算法的可行性,保护动作时间在20 ms以内,在40 d B白噪声情况下,测距误差仍保持在1%以内,区外故障时可靠不动作。所提保护利用常规采样频率即可较好地满足直流配电网对保护速动性与选择性的需求。     

基于储能内置式换流器的柔性直流配电网故障快速恢复策略

提出一种适用于柔性直流配电网的故障快速恢复策略。首先提出了一种储能内置式换流器(ESBC)的拓扑结构,并对双极短路故障状态下ESBC闭锁前后的子模块电容电压和故障电流的暂态特性进行分析。进而提出基于储能的故障快速恢复策略,改进故障恢复时序,并提出子模块分阶段充放电策略以抑制冲击电流。最后将提出的协调控制策略与直流配电网相结合,实现在换流器闭锁期间,储能在为重要负荷提供功率以保障其在故障清除期间不间断供电的同时,对闭锁期间的子模块电容电压进行调节以使其在解锁前达到额定值,减小换流器解锁时的电压波动,为换流器重启动缩短时间。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了仿真模型,验证了所提策略的有效性。