基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法

直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题.针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法.通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用.分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况.直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5～7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据.利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,实现故障极全线速动保护.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,实现故障选极,保护特高压直流线路全长.     

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。     

一种基于简化能量比的直流线路故障区间定位方法

高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频分量都有明显的衰减作用,这一故障特征被广泛运用于暂态保护,且有研究显示,相较于线路边界,长线路对故障暂态高频分量的衰减作用可能更大,为避免这种情况引起的保护误动,目前常用的故障特征提取方式为利用不同尺度的小波变换获取暂态信号能量比。但基于小波变换的暂态保护存在算法相对复杂,基波选取模式不统一等问题。因此提出一种新的比值算法,针对故障暂态信号中的能量比,用全电流代替低频分量,简化了直流线路故障信息处理过程,由此设计出了新的直流线路故障定位方法,并且利用该判据可直接实现故障极判断。在MATLAB中进行了大量仿真验证,证明该保护算法可以正确反映出故障特征,逻辑简单,并且能够迅速可靠动作。     

配电线路暂态保护故障行波特征的研究

配电线路区内、外故障时暂态分量频谱能量差异不明显,使得暂态保护原理难以应用于配电线路单端保护。通过行波网格法分析了配电线路区内、外故障行波的传播规律及特点,提出在线路边界处并联接入适当通频带的带通滤波装置,以此强化区内、外故障时故障暂态电压频谱能量差异。PSCAD/EMTDC仿真和模拟试验结果表明：安装了带通滤波装置的配电线路区外故障时,通频带内的故障行波流经带通滤波装置后发生较大衰减;区内故障时故障行波未通过带通滤波装置而几乎没有衰减,区内、外故障时暂态电压分量频谱能量差异非常明显。利用这种差异可以准确区分区内、外故障,这为暂态保护原理在配电线路单端保护中的应用提供了有效的理论依据和解决方案。     

基于故障暂态电流主频分量的矿山电网暂态保护

针对矿山电网提出一种基于故障暂态电流主频分量的保护方案。分析了井下6/10 kV配电线路的故障暂态电流主频频段,并在线路边界处并联通频带为该主频频段的带通滤波装置,利用该装置对通频带内暂态电流分量的衰减作用,强化区内、外故障时故障暂态电流主频频带内能量差异。利用PSCAD/EMTDC软件对所提方案进行仿真验证,并依据结果合理选择保护整定值。仿真结果表明:带通滤波装置使得区内、外故障暂态电流主频频带内能量产生了明显的差异;保护方案不易受故障类型、过渡电阻以及故障初相角的影响。     

智能电网继电保护研究的进展(一)——故障甄别新原理

利用故障暂态分量在区内故障时线路两侧功率方向相同、暂态能量大的特点,通过小波变换提取这些特征,实现超高压交流线路超高速保护、超高压母线超高速保护;利用直流输电线路端部的直流滤波器和平波电抗器对高频分量形成的阻抗边界,区内短路时高频分量远大于区外短路,使用高频能量在单端实现超高压直流线路全线超高速保护;利用中性点非直接接地系统单相接地时其暂态零序分量是工频分量几十倍并且不被补偿减小的特点,提取零序电流的高频分量,采用方向比较和幅值比较,实现了单相接地故障选线装置。给出了试验装置可以超高速(5ms内)判别故障性质的试验结果,展现了新的故障甄别原理可以满足智能电网中特高压系统对超高速切除故障的美好前景。     

一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法

直流输电线路故障时,高频故障暂态信号将沿线路向两端传播,线路对故障暂态信号高频分量有衰减作用。研究双极特高压直流输电线路频率特性,得到特高压直流输电线路对高频量有衰减作用,线路越长,衰减作用越剧烈的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,得到基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路单端故障测距原理难以准确实现直流输电点线路故障测距的结论。研究基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理,推导出故障点距测距装置安装点的距离公式,提出频带衰减概念,推导出基于频带衰减的故障距离计算公式。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对提出的基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路双端故障测距原理进行仿真验证,仿真测距结果有较高的准确度。     

考虑频率相关参数的直流输电线路故障特征分析

目前高压直流输电线路利用行波波头的上升速率构成保护判据,由于长距离线路频率相关特性对高频信号的衰减作用较强,导致保护的灵敏性不足。利用零极点法分析线路故障暂态信号的频率特性,发现故障电气量的高频分量中包含位置主频和边界主频。高频暂态量由边界主频和位置主频共同作用产生。区内、外故障的特征差异取决于反射系数频率特性的通带和透射系数频率特性的阻带,因此特征频带应为透射系数阻带的截止频率与反射系数通带的最高频率间的频带。由PSCAD仿真结果证明,区内、外故障时电流在此特征频带内差异明显。     

应用数学形态学方法分析识别特高压线路雷击干扰

雷电干扰可能会造成基于行波或暂态量的特高压输电线路保护误动作。为了解决该问题,运用数学形态学对雷击和短路时的电流暂态分量进行了能量谱分析,利用故障暂态电流的相对低频分量与相对高频分量的能量比可识别短路故障和绝大部分重型雷击,但无法区分弱雷击故障与轻型雷击。针对轻型雷击时电流行波波形随时间正负交变,其幅值不断衰减,而弱雷击故障时故障电流行波波形总体变化趋势是单调的特点,提出了用直线对雷击后的行波进行拟合,采用波形相似系数进一步区别轻型雷击与弱雷击故障的新方法,该方法判断准确、计算简单,并通过大量的EMTP仿真验证了所提方法的有效性。     

云广±800kV特高压直流输电线路暂态保护特征频带选取

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理能够实现线路全长保护。提取故障暂态量的特征频带对基于此原理的特高压直流输电线路暂态保护的研究非常重要。结合云广特高压直流输电系统实际参数,利用PSCAD/EMTDC建立云广±800kV特高压直流输电系统仿真模型。根据云广特高压直流输电系统边界实际参数,得出线路边界透射系数阻带。分析各种类型故障信号的频率特性,得出位于边界透射系数阻带内的故障信号主能量频带。故障信号特征频带是主能量频带内,满足衰减规律——线路及边界对故障信号的双重衰减效果要强于单个线路对信号的衰减的故障信号所对应的频带,特征频带内的故障暂态量能准确反映故障位置,可以提取特征频带内的暂态量作为线路暂态保护的故障信号。     

A Fast Non-Unit Protection Method Based on S-Transform for HVDC Line

To overcome the problems existing in the main protection of HVDC transmission lines, such as low reliability and poor ability of resisting high ground resistance fault, this paper proposes a novel non-unit protection method based on S transform. Analysis shows the high and low frequency components of the transient voltage signals suffer from different degrees of attenuation when they pass through the HVDC line boundary. Therefore, according to this characteristic, the voltage signals of specific frequency bands are extracted accurately using S transform, which be used to identify the internal from external faults. By comparing the high and low frequency components generated by the lightning disturbance with those generated by the faults, S transform based energy ratio criterion to identify lightning disturbance is constructed. In addition, for a bipolar HVDC transmission system, a method using the 0 Hz energy difference of S transform of the voltage transient signals is proposed to identify the faulted pole. Simulation results verify the feasibility and validity of the proposed protection method.     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

Single-ended protection method for hybrid HVDC transmission line based on transient voltage characteristic frequency band

Hybrid high-voltage direct current (HVDC) transmission has the characteristic of long transmission distance, complex corridor environment, and rapid fault evolution of direct current (DC) lines. As high fault current can easily cause irreversible damage to power devices, rapid and reliable line protection and isolation are necessary to improve the security and reliability of hybrid HVDC transmission system. To address such requirement, this paper proposes a single-ended protection method based on transient voltage frequency band characteristics. First, the frequency characteristics of the smoothing reactor, DC flter, and DC line are analyzed, and the characteristic frequency band is defned. A fault criterion is then constructed based on the voltage characteristic frequency band energy, and faulty pole selection is performed according to the fault voltage characteristic frequency band energy ratio. The proposed protection method is verifed by simulation, and the results show that it can rapidly and reliably identify internal and external faults, accurately select faulty poles without data communication synchronization, and has good fault-resistance and anti-interference performance.     

基于能量比值分析的直流输电线路故障判别

针对高压直流输电线路跨域广,遭受雷击概率较高,易引起输电线路故障的问题,提出了一种基于能量比值分析的故障识别方法。在考虑发生雷击故障或接地故障时,引起输电线路暂态能量发生改变,且雷击时的故障能量与接地故障时的故障能量不同的特征,通过从能量的角度出发,提出了利用S变换将输电线路各频带的能量进行分离,提取出特定频带的能量进行比值分析。基于EMTP/PSCAD搭建220 kV高压直流输电线路模型,仿真结果表明其方案可以很好地识别雷击故障和接地短路故障。     

基于改进方向电流法的特高压直流输电线路故障识别

可靠、精准地识别特高压直流输电系统故障是区内、外保护动作的基础，对整个直流输电系统安全可靠运行具有决定性意义。基于贝瑞隆分布参数模型，以方向电流法为基础引入暂态能量偏离度（暂态值与正常值之比）共同构成故障识别判据，提出一种可准确辨识特高压直流输电整流侧出口故障、直流线路故障和逆变侧出口故障的方法。该识别方法对直流线路通信通道要求低、耐过渡电阻能力强、对采样频率的要求不高。通过在PSCAD中搭建±800 kV直流输电模型并结合Matlab仿真结果表明，该方法可实现直流输电系统故障的准确辨识，且能实现故障选极，具有一定的实际工程价值。     

Review on application and comparison ofmetaheuristic techniques to multi-areaeconomic dispatch problem

This paper proposes a novel directional pilot protection method based on the transient energy for bipolar HVDC line. Supposing the positive direction of current is from DC bus to the DC line, in the case of an internal line fault, the transient energies detected on both sides of the line are all negative within a short time, which denotes the positive direction fault; while for an external fault, the transient energy on one end is positive, which means a negative direction fault, but the transient energy on the opposite end is negative, which indicates that the fault direction is positive. According to these characteristics, an integration criterion identifying fault direction is constructed. In addition, through setting a fixed energy threshold, the faulted line and lightning disturbance can also be discriminated. Simulation results from UHVDC transmission system show the validity of the proposed protection method.     

混合多端直流输电系统故障线路识别方法

针对混合多端直流系统不同线路之间直接相连、无法依靠直流线路边界特性进行故障识别的问题,以乌东德三端混合直流示范工程为背景,研究了三端星型直流输电系统中汇流区的结构特点;并根据彼得逊法则和叠加定理得到了故障后汇流区两侧暂态电流行波的变化特征,发现电流行波经过汇流区后中低频段有大幅的衰减。因此,利用小波变换提取汇流区两侧故障电流行波的中低频段能量,并根据两侧小波能量的标准差构造故障识别判据,进而快速、可靠地识别故障线路。最后,基于仿真结果,验证了故障识别方法的正确性。     

基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案

针对限流电抗器安装在换流站出口，基于线路边界元件特性的多端柔直电网线路保护难以适用的问题，提出了基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案。首先，通过分析故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在直流侧呈现的阻抗频率特性，推导出实际频率大于谐振频率时MMC等效阻抗呈感性。然后，通过分析母线处电压行波折射系数的幅频特性可知，折射过程会对故障电压行波中的低频分量具有较明显的衰减作用，并以此为依据分析区内外故障时线路两侧换流站不同出线低频暂态能量比值的差异，可利用此差异识别故障。最后，PSCAD/EMTDC的仿真结果表明，所提保护方案能够可靠识别故障，不依赖线路边界元件，且具有一定的耐过渡电阻能力。