500 kV苏南UPFC接入对距离保护的影响及应对策略

在苏州南部地区接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以提升电网供电能力,但是UPFC的接入会对输电线路保护的可靠性、选择性和灵敏性产生影响。文中基于500 kV苏南UPFC工程,结合线路故障后UPFC系统的控制保护逻辑,通过建立含UPFC的电力系统故障等值模型,分析了UPFC接入对线路两侧距离保护动作特性的影响并提出应对性策略。     

分布式电源多点接入配电系统的集成保护

针对分布式电源多点接入的配电系统,提出了一种基于暂态极性保护原理的集成保护新方案。暂态极性比较保护是运用小波变换提取故障暂态高频信号的某一频段信息作为故障判断的依据,通过比较暂态高频信号的极性,迅速准确判断出故障位置。将暂态极性比较保护原理应用于配电网集成保护方案中,以母线作为载体构建集成保护单元,利用本地故障信息和相邻保护单元故障信息对母线各出线以及线路两端信号的极性进行比较,从而对母线故障和线路故障进行判断。与此同时,集成网络保护单元提取多点信息,对整体区域暂态信号极性进行综合比较,实现对故障的快速定位与隔离,为本地保护提供后备保护。最后,利用MATLAB软件对其进行了仿真分析,仿真结果验证了此保护方案的正确性和可行性。     

基于限流电抗器的统一潮流控制器故障渡越策略及其与保护的配合

详细分析了基于模块化多电平换流器(MMC)的统一潮流控制器(UPFC)接入线路发生故障时的UPFC本体响应特性,提出一种基于限流电抗器的UPFC故障渡越策略。通过限制经过直流母线的故障电流,可使得UPFC外部故障期间并联侧MMC不闭锁,从而实现故障渡越。在此基础上,研究并提出了UPFC故障渡越策略与线路距离保护的协调配合方案,可有效解决UPFC接入后对线路距离保护的不利影响。通过PSCAD/EMTDC进行了大量仿真试验,验证了所提策略和方案的有效性。     

110kV线路保护误动作分析及建议

通过对110kV并列运行双回线和双电源环网线路负荷侧保护在线路对侧母线出线故障时误动事例的分析,从改变运行接线方式、提高线路主保护配置及退出后备段保护3个方面提出解决措施,从而简化了负荷侧保护的整定配合及投退方案,提高了可靠性。结果表明:110kV线路配置光差保护,强化主保护功能,是电网多方式安全运行的必要保障。     

基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)是为实现对交流线路的实时控制和动态补偿而提出的串并联混合型灵活交流输电系统装置,其换流器和直流侧的故障特征复杂,对保护要求高。首先介绍基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的UPFC基本结构与工作原理,其次分析了换流器和直流侧几种典型故障的故障特征。在此基础上,给出了换流器和直流侧保护配置方案。针对换流器桥臂单相接地故障和直流侧单极接地故障情况下保护可靠性低的问题,提出了改进的保护配置方案。最后结合RTDS仿真实验,验证了所给出的UPFC保护配置方案的有效性。     

一种特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路边界以及特高压直流输电线路的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用。分析现有特高压直流输电线路暂态保护原理的保护范围,指出现有利用保护元件区分本侧区内外故障的特高压直流输电线路暂态保护原理并不能实现特高压直流输电线路全线保护。综合考虑特高压直流输电线路边界和线路对故障暂态信号高频量的衰减作用,提出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。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路单端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

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。     

基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流输电线路保护新方案

超导型故障限流器在柔性直流输电工程中能有效地限制故障电流的峰值和陡度,类比于传统高压直流输电系统的物理边界。将超导型故障限流器看作是柔性直流输电系统的边界,提出了一种基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流线路保护方案。该保护方案利用正极或负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量启动保护,利用两极线路的整流侧和逆变侧边界消耗的暂态谐波能量差辨别区内外故障,利用正、负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量之比进行故障选极。理论分析和仿真结果表明,该保护方案适用于各种工况,几乎不受过渡电阻和故障位置的影响,且对采样率要求低,具有重要的工程应用价值。     

基于多分辨形态梯度的行波距离保护方案

为解决现有的行波距离保护方案无法有效识别正方向区内、外故障,利用超高压输电线路母线杂散电容及线路末端阻波器对高频暂态信号强烈的屏蔽作用而导致行波通过母线前后波前时间的差异,提出一种基于行波波前时间比较法的行波距离保护新方法,并使用多分辨形态梯度提取波前时间构成保护方案。理论分析与仿真研究证明,这种保护能正确识别正方向区内、外故障,有较高的准确性和可靠性。     

UPFC暂态过电压研究

在MMC–UPFC整体设计中,过电压是必须研究的关键问题。为研究UPFC暂态过电压,以南京UPFC为例,详细分析了过电压产生的机理,提出了避雷器保护配置方案,搭建了含有详细交流电网、UPFC一次设备以及控制保护策略的过电压研究模型,并分别计算了交流系统和UPFC内部故障下,UPFC关键设备上过电压情况。计算结果表明:串联侧交流系统故障、变压器阀侧交流母线单相接地故障、换流器交流母线单相接地故障,直流单极接地故障下,过电压最严重,这些故障可用于校核UPFC关键设备的过电压水平以及避雷器能量。研究结果可为UPFC工程绝缘配合以及设备选型提供重要依据。     

基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护

提出了一种基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护方法。推导出电网故障下的风力发电机端口短路电流表达式,分析风电送出线路故障后故障电流的暂态特性。在此基础上,建立了风电送出系统的0模瞬时值模型。然后,利用区内外故障时模型差异特征构造0模电压波形相似度因子,进行故障定位。最后,通过仿真验证了该方法在各种单相接地故障情况下,均能正确识别区内外故障,不受过渡电阻和频率偏移影响。     

基于故障暂态和数学形态学的超高速线路方向保护

引入数学形态学以提高基于故障暂态的超高速线路方向保护的动作性能。在获取连接在同一母线上的各条输电线路暂态电流信号的基础上，采用数学形态学分析其极性和能量以确定故障方向。仿真结果证明，该方法适用于识别发生在输电线路不同位置的各种故障。该方案对处理器的采样率、处理能力和速度几乎没有额外的要求，具有很好的实用性。与传统保护算法相比，基于MG的TBDP具有更高的可靠性和较少的计算量，同时具有更快的故障响应能力和更高的灵敏性。     

基于时域电压比的高压直流输电线路暂态保护方案

针对传统行波保护在高压直流输电线路中耐受过渡电阻能力不足、T区两侧故障线路定位依赖边界元件等问题,以最具代表性的多端混合高压直流系统为例,从数学层面上分别明晰了高压直流输电线路区内外故障和T区故障下的行波特征,进而构造了不同采样周期下的时域暂态电压比判据,以削弱T区和过渡电阻的影响,实现区内外故障识别;利用时域电压比判据,提出了基于单端量保护配合的高压直流输电线路暂态保护方案,实现了高压直流输电线路故障的快速判别以及T区两侧故障线路的准确定位;最后,利用实际工程的电磁暂态仿真模型对所提方法进行详细验证,结果表明,所提保护方案可行且具有较高的灵敏性和可靠性。     

一种特高压3/2接线纵差保护抗电流互感器饱和措施

特高压长线路3/2接线侧母线附近区外故障时2个分电流互感器都有可能饱和,使引入2个电流互感器和电流的相量差动保护遇到了较大困难.提出了一种实用抗电流互感器饱和措施,采用低电压启动判据筛选出可能引起电流互感器饱和的3/2接线侧母线附近的区内和区外故障,然后根据短数据窗电流不饱和的特点,采用适当的定值区分3/2接线侧母线附近区内故障差流和区外故障分布电容电流,从而通过闭锁防止区外故障因饱和误动.该方法已在实验样机中得到应用,并成功地通过保护动模试验.     

适用于UPFC接入线路的主动注入式故障测距方法

针对统一潮流控制器(UPFC)接入线路场景下传统被动式故障测距方法的精度难以保障的问题,提出基于控制与保护协同思想的主动注入式UPFC接入线路故障测距方法。该方法在接入线路故障隔离后,充分利用基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器的高度可控性,将串联侧模块化多电平换流器切换至附加控制模式,向接入线路主动注入特征电压,进而通过单端量的解微分方程算法实现故障测距。所提方法将UPFC作为信号源,向接入线路单侧注入电气信号构建故障测距方程,可解决被动式故障测距方法易受UPFC运行特性和过渡电阻影响的问题,提高故障测距的准确性和可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建UPFC接入线路模型,仿真结果验证了所提故障测距方法的可行性和有效性。     

一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护

双馈风电系统谐波含量高、频率偏移、弱馈性等故障特征造成传统工频距离保护存在适应性问题;时域距离保护在风电短距离送出线路中适应性较好,但在风电长距离送出线中受分布电容的影响易发生距离I段暂态超越现象。提出一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护。从长距离送出线距离保护适应性角度出发,分析基于集中参数线路模型的时域方程模型误差,提出基于时域方程模型误差的时域距离保护测量电抗修正方法,并考虑过渡电阻参数的影响,构建适用于集群风电长距离送出线距离保护动作判据。通过新疆某地区集群双馈/直驱集群风电送出线发生故障时的实验数据,测试验证了所提出的时域方程模型误差修正距离保护能较好地适用于各类型集群风电长距离送出线,有效地避免距离I段区外发生故障时的暂态超越现象,并且抗过渡电阻性能良好。     

基于故障分量差动电流极性特征的直流线路故障全过程保护原理

为了提高直流线路保护的可靠性,需要研究能够在故障暂态和稳态过程中均可识别故障的后备保护原理。提出了基于故障分量差动电流极性特征的故障全过程差动保护原理。通过对故障暂态阶段(换流器未响应阶段、换流器动态调节阶段)及故障稳态阶段的电流故障分量特征进行分析,得出故障全过程中整流和逆变侧故障分量差值在区内故障时满足正极性特征而区外故障时不满足的结论,建立面向故障全过程的差动保护判据。仿真结果表明了该判据在各种工况条件下的正确性,受交流系统故障特征谐波影响小,具有较强的抗过渡电阻性能和抗干扰能力。     

基于单环定理的HVDC输电线路纵联保护方法

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)线路高阻接地故障时保护容易拒动的问题,提出一种基于单环定理的纵联保护方法。首先,将直流线路两侧电流突变量作为状态变量构造奇异值等价矩阵,根据单环定理进行谱分析从而实现区内外故障识别;然后,通过广义S变换提取两极电流突变量特定频段暂态能量和的比值特征进行故障选极;最后,给出了纵联保护方案。仿真验证表明,所提保护原理判据简单,易于整定,各种故障情况下均能实现快速、有选择性动作。所提方法对不良数据具有较强的免疫能力,即使在线路末端发生高阻接地等最不利于保护动作的故障情况下仍能可靠动作。     

基于多频带能量的高压直流输电线路单端暂态电流保护

分析高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)线路边界和线路的频率特性,直流线路边界和直流线路对故障暂态电流信号高频分量都具有衰减作用。一些文献据此利用高频分量作为单端暂态保护的判据,但是对于长线路来说,直流线路对于高频分量的衰减可能会大于直流线路边界对高频分量的衰减作用,这样可能会造成保护误动作。进一步分析发现,直流线路边界对于低频分量具有放大作用,直流线路对于低频分量具有衰减作用。因此提出一种基于多频带能量的HVDC线路单端暂态电流保护新原理。利用0~1.25 kHz低频带能量、高频带和低频带能量比来区分区内、区外短路故障,故障性雷击和非故障性雷击,利用正极和负极的能量比判别故障极。