特高压带高压并联电抗器线路的行波差动保护研究

传统的电流差动保护无法应用于带高压并联电抗器的特高压交流输电线路,为此提出了一种新的行波差动保护方法。首先计算三相电压、三相电流暂态量,经过相模解耦变换,若得到行波电流模分量,则判断系统发生故障;然后以线路两端初始方向电流行波波头开始数十微秒内的积分作为特征值构成新的保护动作判据,以判别是区内故障还是区外故障。该判据能够有效地躲过系统正常运行和区外故障引起的暂态不平衡差流,同时对区内各种故障都有很高的灵敏度。理论及MATLAB仿真计算表明:该方法动作可靠,速度快,对采样频率、通信系统及计算机技术没有过高的要求,能够在现有的技术条件下实现,具有较高的实用价值。     

交流特高压输电线路行波差动保护研究

为了有效解决传统行波电流差动保护无法满足带高压并联电抗器特高压输电线路应用要求的问题,提出了一种新的行波差动保护方法。通过计算三相电压、三相电流暂态量,经过相模解耦变换,得到行波电流模分量;然后以线路两端初始方向电流行波波头在前数十微秒内的积分作为特征值构成新的保护动作判据。该判据能够有效地躲过系统正常运行和区外故障引起的暂态不平衡差流,同时对区内各种故障都有较高的灵敏度。理论及仿真计算表明,该方法动作可靠,速度快,能够在现有的技术条件下实现,具有较高的实用价值。     

行波特性分析及行波差动保护技术挑战与展望

行波差动保护以行波电气量构成,具有两个特点:行波是电压和电流的组合电气量,天然地包含了分布电容电流;行波是运动电磁场,传输时延是运动的必然属性。因此行波差动保护与电压等级、分布电容电流和线路长度无关。行波差动保护可以按照暂态电气量构成,也可以按照稳态电气量构成,前者动作速度快,后者抗干扰能力强。行波差动保护可以应用于交流线路,也可以应用于直流线路。文中首先综述了国内外行波差动保护技术的研究现状,然后系统地总结了行波特性,接着指出了行波差动保护实际应用面临的挑战,最后重点分析了行波差动保护在特高压交流输电线路、直流输电线路和半波长交流输电线路上的应用,并展望了行波差动保护的发展前景。     

利用信号距离识别的高压直流输电线路保护方案

为了改进传统高压直流差动保护的动作可靠性,提出了一种基于信号距离识别的高压直流输电线路保护方案.通过对高压直流输电系统在不同故障情况下线路两端电流变化特征进行分析发现,直流线路发生内部接地故障后的暂态过程中,两端电流变化极性相反,电流波形差异度较高,而在线路外部故障时,两端电流变化极性相同,且电流波形相似度较高.在此基...     

融合行波时频信息的HVDC线路雷击点与短路故障点不一致时的定位方法

雷电流在输电线路传播时,可能导致线路的绝缘薄弱环节被击穿,发生短路故障,此时现有时域行波测距算法只能获取雷击点位置而无法获取精确的故障距离。因此,针对高压直流输电线路雷击点与短路故障点不一致的情况,提出一种综合利用输电线路两端电流行波的时域信息和频域信息的故障定位方法。该方法首先根据线路两端故障电流行波的时域信息判断雷击点位置,然后利用雷击点与短路故障点存在的位置关系判断输电线路短路故障点位置区段,最后根据线路双端或单端的故障电流行波固有频率计算短路故障点距离。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该方法在高压直流输电线路雷击点与短路故障点不一致情况下对短路故障点定位精度高,且不受雷击点与短路故障点位置、过渡电阻及噪声干扰的影响,具有良好的适用性和实用价值。     

基于希尔伯特-黄变换的超高压输电线路行波差动保护

针对行波差动保护方法受行波信号数学分析工具影响未能有效实现的问题,提出了一种利用线路两端行波瞬时频率差别来构造行波差动保护的方法。该方法利用希尔伯特-黄变换(HHT变换)提取初始电流行波波头瞬时频率,并分析了阻波器对输电线路故障初始行波波头的影响,当线路内外部分别故障时,由于行波波头信号经过的阻波器数目不同,导致线路两端电流行波波头的瞬时频率存在差别,以此来区分线路内外部故障,构造行波差动保护。仿真结果表明,该方法能可靠判断线路的内外部故障,是一种简单有效的行波差动保护方法。     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。     

基于电流行波固有频率的输电线路纵联保护方法

为分析固有频率差动保护在线路上盲点的分布,解决固有频率差动保护在盲点故障时存在的问题,提高保护动作的可靠性和快速性,提出一种基于电流行波固有频率的输电线路纵联保护方法。通过分析输电线路故障时的电流频谱特征,用多信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法得到固有频率后,利用线路两端固有频率主频差构成保护主判据来判断区内、外故障。针对频差保护区内盲点问题,分析了不同系统阻抗下的盲点分布,在此基础上,利用固有频率的二次成分在区内盲点和区外故障时的显著差异构成辅助判据,以区分区内盲点故障与区外故障。该方法仅利用了电流信息,性能可靠,动作灵敏,适应性强。PSCAD/EMTDC仿真和Matlab分析验证了该方法的有效性。     

高压直流线路行波差动保护的分析

从行波传递的原理分析了故障暂态过程中直流线路分布电容电流的形成机理,以及分布电容电流对直流差动保护的不利影响。经理论分析验证得,故障暂态过程中线路分布电容电流的大小与故障信号传递至线路两端保护的时间差成正比。在此基础上,提出了一种基于暂态过程分布电容电流补偿的直流差动保护方案,通过合理地补偿线路两端保护接收到故障信号的时差,可以有效地提高直流差动保护的可靠性及灵敏度。大量的仿真实验证实了该保护方案适用于一般高压直流输电线路保护。     

极化电流行波方向继电器在串补线路中的应用

极化电流行波方向继电器利用电流初始行波的高频分量信息和电压行波的工频分量信息构成保护判据,突破了传统电容式电压互感器(CVT)不能有效传变高频电压信号的瓶颈,实现了行波极性比较式方向保护,并成功投入在超、特高压输电线路运行。但在含有串联补偿电容的输电线路中,串补电容的存在将对行波的传播特性产生一定影响。对极化电流行波方向继电器在串补线路应用中所存在的问题进行了分析,通过研究CVT的频率特性,对其算法进行了改进。仿真结果表明,该改进算法在串补线路中具有正确的动作特性,且在各种不同故障下都有良好的动作性能。     

输电线路功率型行波纵联保护新方法

为提高纵联保护的灵敏性与可靠性,提出一种行波功率型的纵联保护新算法。该算法利用彼得逊等值模型,分析线路区内、区外故障时的初始行波分布特征,给出了初始行波无功功率定义。基于S变换提取单频率的初始电压、电流行波,计算出初始行波无功功率,根据线路两端的初始行波无功功率幅值之比构成保护判据。当被保护线路区外故障时,线路近故障点端几乎测量不到初始行波无功功率,而远故障点端测量到的初始行波无功功率数值较大;被保护线路内部故障时,线路两端均存在较大的初始行波无功功率。根据线路两端测量的初始行波无功功率相对大小关系,能够明显地区分出线路内外部故障。理论分析和PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该保护性能可靠性高、动作速度快、动作门槛值整定简单、计算量小;在小故障初始角下仍能准确识别区内外故障,且不受故障类型、故障位置、过渡电阻和母线结构等因素影响。     

基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法

针对传统特高压保护方法难以直接应用于特高压半波长交流输电系统的问题,提出基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法。半波长输电线路测量阻抗随故障位置不再呈现单一线性变化,导致传统距离保护不能直接应用于半波长输电线路,而行波在超长线路上衰减损耗极大,难以准确检测行波波头,故行波保护亦难以用于半波长输电线路保护。因此,提出一种基于改进暂态能量的方向保护方法,通过线路两端检测到的暂态电气量计算输电线路三相瞬时功率,并通过瞬时功率的积分求取暂态能量,以暂态能量的极性构造区内、区外故障判据。经大量仿真验证,无论故障点位于线路何处该方法均能够可靠实现区内、区外故障辨识,此外暂态能量极性不受故障角、过渡电阻改变而改变,所需采样率仅10 kHz,仿真结果证明该方法准确、可靠。     

基于反行波与信号处理的特高压直流输电线路纵联保护方法

现阶段直流输电线路纵联保护单纯地采用叠加原理,未考虑直流输电系统的强非线性,保护在实际工程中存在适应性问题。针对此问题,提出一种纵联保护新方法。从保护方法的适应性角度出发,提出基于描述函数法的信号线性化处理技术。通过分析直流输电线路区内、外故障发生后一段时窗内反行波的传输特性,发现发生区内故障时,线路两端反行波波形间相似度较高;发生区外故障时,线路两端反行波波形间相似度较低;进而提出一种基于反行波的纵联保护方法,该方法利用Hausdorff距离算法度量线路两端反行波的相似度,构造直流输电线路故障识别判据。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,且在发生高阻接地故障时具有较高灵敏性。     

海上风电柔性直流送出线路的纵联保护方法

海上风电柔性直流送出系统常采用伪双极接线。当发生单极接地故障时,电流纵联保护不能可靠地区分区内、外故障。针对该问题,提出了一种适用于海上风电柔性直流送出线路的行波方向纵联保护方案。分析了伪双极直流系统的单极接地故障特征,提出了电流纵联保护在海上风电柔直送出线路的问题。基于行波原理,提出了不受暂态分布电容电流影响的保护方案。该方案利用线路两端的行波方向保护分别进行故障方向判断,然后通过方向纵联判断区内、外故障。PSCAD仿真验证了该方案能快速、可靠地识别故障,且具有较强的抗过渡电阻能力。     

新型直流输电行波电流极性比较式方向保护

为克服现有直流输电线路行波保护原理上存在的缺陷,基于现有行波保护方案的分析和仿真,改进了电流极性比较式方向保护方案。该方案引入了数学形态学梯度技术以提高方向保护的动作性能和准确反映暂态行波信号的突变时刻;且集故障定位与保护于一体。6个具有代表性算例的仿真比较表明,该方案能可靠区分直流输电线路区内、外的各种故障,对近距离故障、高阻接地故障等传统方法中难于准确定位的故障类型给出较准确的结果。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC突变量方向纵联保护方法

高压直流输电线路的行波保护存在对装置采样率要求高及耐受过渡电阻能力差等问题。作为后备保护的纵联电流差动保护,为了防止线路分布电容等问题导致的误动,失去了速动性的优点,动作时间较长。利用HVDC线路发生区内外故障时,两端保护装置检测的电压和电流突变量的极性差异,提出基于Hilbert-Huang变换的突变量方向纵联保护方法。在分析不同故障时电压和电流突变量相位差别的基础上,采用Hilbert-Huang变换求取突变量相位差,识别两者的极性差异,进而判断故障发生的方向。基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电仿真模型,仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够实现保护的快速识别,可靠性高,且受过渡电阻的影响较小。     

基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD 仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。     

基于S变换样本熵的输电线路纵联保护新原理

提出了一种基于电流行波S变换样本熵的快速纵联保护新方法。利用故障后一段时间内线路两端故障电流行波的S变换样本熵比值来识别区内外故障。区外故障时,一侧的反行波和另一侧前行波为同一行波,波形相似,对应电流行波样本熵基本相同,其比值接近1。区内故障时,线路一侧的反行波和另一侧前行波为不同行波,波形相似度小,线路两端电流行波样本熵差异较大,其样本熵之比(数值小的与数值大的之比)最小。利用此特征可以确定线路区内外故障。仿真结果表明,所提出的纵联保护方案能够快速识别区内外故障,其性能不受故障类型、故障初始角、接地电阻、故障位置和母线结构的影响。     

基于模量行波传输时间差的线路接地故障测距与保护

随着输电线路电压等级的不断升高,基于行波原理的故障测距和超高速线路保护已经成为目前研究的热点。通 过对接地故障时零模和线模行波传输规律的分析,得出以下结论：1）零模检测波速度和波头李氏指数之间具有特定对应关系;2）零模和线模行波分量传输时间差与传输距离之间具有单调非线性递增关系;3）阻波器对零模和线模电压行波分量的影响不同,模量传输时间差在区内末端和区外出口故障时具有突变特性。根据以上分析,利用小波变换和BP神经网络技术,导出了基于零模和线模传输时间差的接地故障测距、单端量保护新算法,并利用ATP中考虑频散特性的线路模型进行了仿真,仿真结果证实了上述算法的有效性。     

电力线路行波差动保护与电流差动保护的比较研究

线路电流差动保护的基础是线路的RL集中参数模型和电荷连续性。行波差动保护的基础是线路的分布参数模型和行波传输不变性。针对两类差动保护在电力线路上的应用进行了详细的理论和仿真对比研究。指出二者的根本区别在于行波差动保护考虑了线路的分布参数特性和空间传播特性,而电流差动保护把线路看成节点,完全忽略了分布参数特性和空间传播特性,差动电流是行波差动电流的退化形式。对于特高压长距离输电线路,行波差动保护相比于电流差动保护有明显的性能优势。对于高压和超高压输电线路,行波差动保护和电流差动保护性能无显著差别,电流差动保护可以胜任该类线路。