一种适用于光伏场站送出线的自适应距离保护改进方案

由于光伏场站的弱馈性,当送出线路发生经过渡电阻短路时,传统距离保护可能无法正确动作。而自适应距离保护方案在一定程度上解决了区内故障保护拒动的问题,但存在区外故障误动的可能。首先分析了区外故障时自适应距离保护误动的原因,进而提出了一种自适应距离保护的改进方案。在现有自适应距离保护的动作特性基础上,引入线路的短路阻抗,根据区内、外故障下线路短路阻抗的大小差异,构成保护的辅助判据,以甄别可能引起现有自适应距离保护误判的区外故障。该方法仅依靠光伏侧电气量近似求取线路短路阻抗值,与现有自适应距离保护相互配合实现区内、外故障正确判别。最后通过PSCAD仿真验证了改进方案的有效性。     

电流差动保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性分析

新能源电源通过电力电子装置并网,其故障特性受控制策略影响而发生根本性变化,传统继电保护原理存在适应性问题。送出线路作为新能源场站电力外送的关键通道,其主保护电流差动保护能否正确动作对于新能源高效利用和系统安全运行十分重要。针对逆变型新能源场站,推导了逆变型新能源电源短路电流表达式,分析了各相短路电流之间的相位关系及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生不对称短路时电流差动保护在并网系统为强、弱两种情形下的动作性能。研究结果表明,送出线路发生两相短路时,差动保护在并网系统为弱系统时存在拒动的风险、为强系统时灵敏性下降但不会拒动;送出线路发生接地故障时,零序电流的存在使得差动保护在并网系统为强、弱系统时均能可靠灵敏动作。实时数字仿真器(RTDS)试验验证了理论分析。研究结论为逆变型新能源场站送出线路主保护配置提供了参考。     

逆变式电源接入下的配电网自适应距离保护方案

以光伏、储能为代表的逆变式电源(inverter interfaced distributed generator, IIDG)大量接入配电网,使得传统距离保护受到巨大干扰,同时存在拒动或误动的风险。针对此问题,分析了含IIDG配电网不同类型故障下的复合序网,利用IIDG侧正序故障分量求取不同故障下的附加阻抗角。结合故障下阻抗的复平面关系,计算线路故障位置对应的短路阻抗,得到了一种真实短路阻抗求解办法。提出了一种适用于逆变式电源接入下的自适应距离保护方案。该方案求解过程利用IIDG侧单端电气量,解决了距离保护受IIDG故障输出受控特性和过渡电阻影响的问题,在有效降低配网通信成本的同时不受故障位置变化的影响。通过实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)对该保护方案进行了验证,结果表明其在不同类型故障下都有较好的选择性和可靠性。     

基于余弦相似度的新能源场站T接型送出线路纵联保护

新能源场站T接型线路保护受新能源电源短路电流幅值受限、畸变的故障特征以及T接型线路拓扑影响,传统电流相量差动保护不能同时满足区外故障可靠性与区内故障灵敏性,存在误、拒动风险。因此,在分析T接型线路对基于余弦相似度纵联保护主判据影响的基础上,提出了基于余弦相似度特征判据的T接型线路纵联保护。综合考虑了电流互感器饱和、发展性故障与电流互感器二次侧断线的影响,研究了相应辅助判据。仿真结果表明,所提保护原理能够在新能源场站T接型线路中可靠识别区内外故障,并应对电流互感器饱和与发展性故障场景,且在常规采样频率下动作性能良好,适应不同类型新能源场站的故障特征。现场数据验证了所提新原理保护的有效性。     

STATCOM不对称控制策略下线路距离保护测量阻抗的改进算法

在电网三相电压不对称时,采用不对称控制策略能够保证静止同步补偿器（STATCOM）安全,实现良好的电压控制效果。针对较为复杂的单回并补双回线路,分析了线路短路后距离保护动作条件,证实采用不对称控制策略的STATCOM可能引起故障相保护拒动及非故障相保护误动。计及STATCOM注入电流,改进了故障测距算法。将故障距离值与线路正序阻抗配合,修正距离保护测量阻抗值。仿真结果验证了所提算法能够保证距离保护正确动作,避免接入STATCOM后重新整定距离保护。     

基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案

针对传统距离保护方案抗过渡电阻能力差的问题,提出了一种基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案。首先,利用保护安装处负序电流与故障点电流间的相位关系,计算过渡电阻引起的故障附加阻抗角;再根据测量阻抗、故障附加阻抗和有效故障阻抗在阻抗复数平面上的几何分布关系,求解故障点到保护安装处的有效故障阻抗;在此基础上,构造了自适应四边形阻抗继电器动作方程。基于实时数字仿真(real time digital simulator,RTDS)平台的仿真结果表明,所提方案适用于阶段式距离保护,且不受故障类型的影响;与传统距离保护方案相比,具备更强的抗过渡电阻能力,可有效解决过渡电阻引起的距离保护超越或拒动问题。     

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。     

西北电网330kV尖樊线人工短路试验中接地距离保护适应性分析

以风电为代表的新能源场站的故障特征对传统距离保护的附加阻抗产生了新的影响,导致保护性能降低。而现有距离保护适应性研究缺乏对单相接地故障场景的分析。为此,结合西北电网于尖樊线进行的2次人工短路试验数据,基于多种控制策略下的风电场故障特征,分析单相接地故障下接地距离保护附加阻抗系数,进而判断保护适应性。研究发现网侧保护附加阻抗系数较小,两侧电源故障电流对保护影响较小;而风电场侧保护附加阻抗系数较大,两侧电源故障电流对保护影响较大,导致保护拒动。     

逆变型电源对距离保护的影响机理分析

新能源电源接入使得电网故障特征发生根本性改变,传统继电保护应用于新能源接入系统时存在适应性问题。针对工频量距离保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性问题,推导了典型低穿控制策略下逆变型电源短路电流表达式,分析了短路电流幅值和相角特性及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生各类短路故障时两侧工频量距离保护在不同阻抗继电器接线方式下的动作性能。研究结果表明,逆变型电源短路电流幅值受限和相角受控使得场站侧工频量距离保护容易出现不正确动作、系统侧工频量距离保护能更加可靠地动作,该结论不受阻抗继电器接线方式影响。基于RTDS的仿真结果验证了理论分析的正确性。     

新能源经柔直送出场景下功角变化导致比相式距离保护不正确动作机制分析

新能源电源经柔性直流输电线路接入交流系统已经成为电力系统中的典型场景。以基于模块化多电平换流器的柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)受端交流线路配置的正序电压为极化电压的比相式距离保护为研究对象,结合受端换流器的控制策略,分析了新能源经柔性高压直送出系统中柔直受端交流线路发生短路故障场景下该保护的适应性:在发生相间金属性短路故障情况下,距离保护存在区内短路拒动以及反向区外短路误动的风险。为探究保护不正确动作机制,首先在电压平面上分析了参量变化对距离保护动作行为的影响,揭示了距离保护内在的系统功角与短路容量约束,推导了距离保护正确动作的功角边界。通过将柔直侧系统进行合理等值,受端交流线路发生相间金属性短路故障后,受端换流器控制策略使得系统等值功角增大,距离保护特性位于动作边界,存在拒动/误动风险。利用RTDS建立了风电经柔直送出系统的仿真模型,分析了受端交流线路故障后系统的等值功角特征,验证了距离保护的不正确动作特性。     

光伏场站送出线路采样值差动保护的谐波影响分析及改进

光伏场站通过逆变器并网,受逆变器控制策略影响,当送出线路故障时光伏场站提供的短路电流中谐波含量明显高于系统侧,其中又以3次谐波含量最高。通过对场站侧短路电流中含有3次谐波、系统侧短路电流不含3次谐波的模型进行定量分析,发现3次谐波对送出线路的采样值差动保护产生了极为不利的影响,导致采样值差动保护的固有模糊区显著增大,从而引起采样值差动保护应用于光伏场站送出线路时性能下降,甚至会出现区外故障误动、区内故障灵敏度下降的严重问题。针对该问题,提出一种改进保护方案,仍以采样值差动判据为主判据,仅在采样值差动判据的模糊区投入基于斯皮尔曼等级相关系数判据作为辅助判据。通过在PSCAD中搭建典型的光伏场站送出线路模型,验证了所提改进保护方案的有效性。     

计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路接地故障时域距离保护研究

新能源电源故障电流呈现弱馈性、强受控性并具有大量的间谐波,导致现有工频量距离保护可靠性下降,而时域距离保护主要根据方程求解故障距离,受新能源短路电流特性影响较小。针对新能源送出线路较长时,线路分布电容对零序电流相位的影响不可忽略,进而导致故障距离的计算产生较大偏差的问题,提出了一种计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路时域距离保护改进方案。首先,计及故障点两侧零序电流相位差的影响,将过渡电阻等效为过渡阻抗。然后,通过列写故障回路方程并求解故障距离,形成保护判据。最后,基于PSCAD/EMTDC大量仿真实验,验证了所提时域距离保护方案计算故障距离的误差较小,可以较好地适用于新能源经中长距离交流线路送出的场景。     

基于过渡电阻倾斜角的风电T接双电源系统自适应距离保护方案

针对风电T型接入高压配电网后传统距离保护可能发生误动、拒动的情况,研究相对应的保护方案意义重大。首先,文章推导了风电T接点上、下游测量阻抗表达式,得出其包含的附加阻抗可能会使传统保护装置不正确动作。鉴于此,提出基于过渡电阻倾斜角的风电T接系统自适应距离保护方案。该方案自适应修正测量阻抗使其能跟踪到短路阻抗,有效消除附加阻抗对距离保护的影响。最后,在MATLAB仿真软件中对方案进行仿真验证,结果表明该方案受故障点位置、过渡电阻、电源相位差及风电运行方式影响较小,可有效解决传统距离保护拒动或者误动的问题,提高电网的安全稳定性。     

消除STATCOM对线路距离保护影响方法的研究

从理论上分析了STATCOM对距离保护测量阻抗的影响,STATCOM的装设使测量阻抗中产生了一个附加阻抗,会使阻抗继电器出现欠范围拒动和超越动作的行为。建立了包含STATCOM的双机保护系统模型,并对不同故障类型和不同补偿度时距离保护的误动进行了仿真,结果表明STATCOM的补偿度越高,距离保护发生误动的情况越严重。根据故障时保护安装处电压幅值的大小与故障点的位置远近有关,提出了故障位置识别的判据及消除距离保护误动的方案,通过判断故障回路是否包含STATCOM而自适应的调整测量阻抗,若故障回路中包含STATCOM,则在原测量阻抗的基础上减去附加阻抗,再与定值进行比较,否则将测量阻抗直接与定值进行比较。对各种故障情况进行仿真验证,结果表明所提方法可以有效地消除距离保护的误动,提高保护的可靠性。     

消除STATCOM对线路距离保护影响方法的研究

从理论上分析了STATCOM对距离保护测量阻抗的影响,STATCOM的装设使测量阻抗中产生了一个附加阻抗,会使阻抗继电器出现欠范围拒动和超越动作的行为.建立了包含STATCOM的双机保护系统模型,并对不同故障类型和不同补偿度时距离保护的误动进行了仿真,结果表明STATCOM的补偿度越高,距离保护发生误动的情况越严重.根据故障时保护安装处电压幅值的大小与故障点的位置远近有关,提出了故障位置识别的判据及消除距离保护误动的方案,通过判断故障回路是否包含STATCOM而自适应的调整测量阻抗,若故障回路中包含STATCOM,则在原测量阻抗的基础上减去附加阻抗,再与定值进行比较,否则将测量阻抗直接与定值进行比较.对各种故障情况进行仿真验证,结果表明所提方法可以有效地消除距离保护的误动,提高保护的可靠性.     

基于电压相位比较的双馈风电场输电线路单相接地距离保护

基于双dq坐标系的双馈感应发电机(DFIG)暂态模型,推导了DFIG正、负序突变量阻抗表达式并研究其相角变化特征。针对DFIG突变量阻抗角变化,提出一种单相接地时故障点序电流与保护安装处序电流之间相位差的计算方法,从而得到以保护安装处电压为参考值的故障点电压和补偿电压的相角。以区内外故障时故障点电压和补偿电压之间的相位关系为依据,提出适用于双馈风电场输电线路的电压相位比较距离保护方案。仿真结果表明,所提方法不受过渡电阻、故障位置及系统运行方式的影响,能够准确判别区内外故障。     

断线时相间保护阻抗继电器动作行为分析

被保护线路发生三相和两相短路时 ,通过分析方向阻抗继电器、全阻抗继电器的动作行为 ,得出发生短路且电压互感器二次回路断线时保护将可能发生拒动或误动的现象。     

断线时相间保护阻抗继电器动作行为分析

被保护线路发生三相和两相短路时,通过分析方向阻抗继电器、全阻抗继电器的动作行为,得出发生短路且电压互感器二次回路断线时保护将可能发生拒动或误动的现象。     

利用峰值频率的高压直流输电线路纵联保护方案

根据高压直流输电线路两端直流滤波器和换流器的阻抗频率特性,提出一种基于直流滤波器峰值频率的纵联保护方案。峰值频率下,直流滤波器近似为开路,换流器直流等值阻抗近似表现为感性元件。以此为基础,对直流输电线路进行区内外故障分析发现,区内故障时,整流侧、逆变侧峰值频点阻抗阻抗角均为-90°;区外故障时,故障侧峰值频点阻抗阻抗角为90°,对侧峰值频点阻抗阻抗角仍为-90°。根据此特征构造出区内外故障识别判据。针对利用单端故障信号选极可靠性差的弱点,进一步提出了含权重系数的双端选极判据。仿真结果表明,该方案原理简单、方法可靠、抗过渡电阻能力强且不受分布电容电流的影响。     

含统一潮流控制器线路的自适应距离保护研究

介绍了统一潮流控制器（UPFC）的工作原理,分析了故障状态下UPFC对测量阻抗的影响,提出了接地短路的自适应保护和相间短路的自适应保护两种自适应解决方案,并进行了试验验证。结果表明两种方案在短路故障后均能使保护正确动作,克服了在含UPFC装置的后端线路发生故障时传统的距离保护可能拒动的影响,使得距离保护能正确反映各短路...