基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。     

基于模型识别的高压直流输电线路纵联保护

针对国内已投运的高压直流输电线路主保护耐过渡电阻能力差,后备保护动作速度慢的问题,提出了一种基于模型识别的高压直流输电线路纵联保护新原理。该原理通过对故障分量附加网络分析,把区外故障等效为电容模型,区内故障等效为电感模型。以电容模型为基准,定义模型误差函数用于描述实际故障数据与基准模型的符合程度,区外故障时,故障数据符合电容模型,模型误差为0;区内故障时,故障数据不符合电容模型,模型误差不为0,据此构造保护判据。实际中高压直流输电系统多为双极运行,为减少极间电磁耦合对本原理的影响,采用模量构成判据。仿真结果表明,该保护原理简单,不受线路分布电容的影响,耐过渡电阻能力强,能快速可靠的区分区内、区外故障,既能作为直流输电线路主保护的补充,又能加速后备保护动作,具有一定的实用价值。     

利用高低频电流幅值比的VSC-HVDC输电线路全线速动保护新原理

VSC-HVDC(voltage source converter HVDC)控制系统复杂,故障承受能力差,研究适用于VSC-HVDC系统的高性能保护十分必要。对VSC-HVDC直流输电系统结构及边界特性的分析发现,输电线路两侧的大电容,因其对高频信号呈现低阻抗的特性,使得输电线路区内、外故障时,直流线路两端保护安装处感受到的电流信号频率成分存在差异。利用此特点,提出一种仅利用单端电流量的VSC-HVDC输电线路全线速动保护新原理,该原理采用高、低频电流的幅值比来区分直流线路的区内、外故障,该比值在区外故障时小,区内故障时大。本原理能够实现区内、外故障的判别,对采样频率要求不高,动作速度快,受过渡电阻影响小。利用PSCAD进行故障分析,大量仿真结果表明,该原理能可靠区分直流输电线路的区内、外故障。     

一种线路纵差保护新原理

针对超高压输电线路分布电容电流对差动保护的影响,提出了一种从原理上完全不受电容电流影响的线路纵差保护新原理。该原理是选择线路两侧电流突变量的最大有效值与差动电流突变量的有效值进行比较来区分区内、外故障,无需考虑分布电容的影响因素。当空载合闸与区外故障时能够可靠闭锁差动保护,而区内故障时差动保护能够准确动作。新原理思路简明,计算快速。经大量仿真实验验证该原理有效消除了分布电容电流对差动保护的不利影响,提高了差动保护的可靠性。     

一种线路纵差保护新原理

针对超高压输电线路分布电容电流对差动保护的影响,提出了一种从原理上完全不受电容电流影响的线路纵差保护新原理.该原理是选择线路两侧电流突变量的最大有效值与差动电流突变量的有效值进行比较来区分区内、外故障,无需考虑分布电容的影响因素.当空载合闸与区外故障时能够可靠闭锁差动保护,而区内故障时差动保护能够准确动作.新原理思路简明,计算快速.经大量仿真实验验证该原理有效消除了分布电容电流对差动保护的不利影响,提高了差动保护的可靠性.     

适用于风电接入系统的时域模型识别纵联保护新原理

为适应风电系统弱馈、高谐波、频率偏移等故障特征,提出一种基于时域模型识别的纵联保护新原理。根据线路两端差动电压电流在区外故障时符合电容模型、区内故障时不符合电容模型的特点,利用相关系数对电容模型进行描述,若由差动电压电流计算得到的电容模型符合度接近于1则判为区外故障,否则判为区内故障,并给出了保护判据。该保护判据在时域中实现;不受风电系统弱馈、高谐波、频率偏移等特征的影响,采用故障全量,不受风电系统阻抗不稳定的影响。利用PSCAD建立了风电接入系统模型,仿真验证了所提原理的有效性。     

高压直流输电线路电流差动保护新原理

通过分析直流系统控制特性作用下的输电线路故障特征,提出了一种新的高压直流输电线路电流差动保护原理.在分布参数模型基础上,利用两端换流站电压、电流量分别计算区内某点处两侧电流之和.区内故障时,得到的电流与故障支路电流相关,其值较大;区外故障及正常运行时,计算得到的是误差电流,其值很小.与行波保护相比,该保护能够可靠识别区内、外故障,可以在故障全过程投入,且具有可靠性高、对采样频率要求低、计算简单等优点.与现有的直流线路电流差动保护相比,该保护不受分布电容电流影响,故在暂态过程即可动作而无须等待暂态过程结束,动作速度快.仿真结果表明,在各种工况下,该保护都能灵敏、可靠地区分区内、外故障.     

适用于带并联电抗器输电线路的电流模型识别纵联保护新原理

针对两端带并联电抗器的输电线路,提出了一种基于电流模型识别的纵联保护新原理。首先采用线路分布参数模型,推导出发生区外故障时两侧电流和差比值的理论表达式,将其作为待识别的基准模型。接着构造区外故障模型误差函数用于描述实际故障数据与基准模型的符合程度。区外故障时,模型误差函数等于零;区内故障时,模型误差函数不为零,据此区分外部和内部故障。该原理考虑输电线路带并联电抗器的情况,不受分布电容影响,无需补偿电容电流;充分利用故障电流信息,不引入电压量;能够可靠、灵敏、快速地动作。ATP仿真和动模仿真结果验证了新原理的有效性。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

基于模型识别相关性的光伏发电并网联络线纵联保护

针对集中式光伏并网系统联络线的保护原理存在适应性问题,提出了一种基于模型识别相关性判别的并网联络线纵联保护方法。在分析并网联络线故障特性的基础上,利用差动电压导数与差动电流的相关系数,对并网联络线区内、外故障模型进行区分：当三相线路的相关系数都接近1时,判定为光伏发电并网联络线的区外故障,而当相关系数小于保护整定值时,判定为区内故障;当单相（或多相）的相关系数小于整定值时,则判定为单相（或多相）故障。建立了光伏发电并网系统模型,仿真结果表明,提出的保护方法不受控制暂态响应影响,具有较强的抗过渡电阻能力。     

利用电压相关性的±800kV直流输电线路区内外故障判断方法

对--800-kV直流输电线路区内及区外故障分量附加网络的理论分析表明,当直流输电线路发生区内故障时,于故障启动元件响应之后的短数据窗内,线路两侧电压电流故障分量均满足平波电感元件性能方程(voltage current relation,VCR);当发生区外故障时,故障侧的电压电流故障分量则不满足平波电感元件的VCR。为此,提出了基于实测电压与计算电压相关性的区内外故障判断方法:直流线路发生区内故障时,运用线路两侧实测电流由平波电感元件VCR分别计算两侧的电压,计算所得的电压波形与实测电压波形正相关,且数值很大;发生区外故障时,则故障侧计算所得的电压波形与实测电压波形负相关。据此,利用线路两侧计算的电压波形与实测电压波形的相关系数构造区内外故障识别判据。仿真结果表明,该识别算法可灵敏区识别内故障并可靠识别区外故障,可用于加速直流输电线路的后备保护动作。     

基于时域全量故障模型相关性判别的集群风电送出线纵联保护

集群风电系统的等效阻抗因其多变的运行方式及控制策略而难以维持稳定,导致利用故障分量构成的模型识别纵联保护原理不再适用。提出利用时域全量故障模型识别纵联保护原理,对集群风电送出线区内外故障的时域全量故障模型特征进行分析,由分析可知差动电压、电流时域全量信息在区内故障时呈现阻感特征、区外故障时呈现电容特征,由此分别提出基于阻感模型和电容模型相关性判别的保护方案,进而构建了2套保护的相关性判别式和保护判据。仿真结果表明,基于阻感模型和电容模型识别方法的时域全量故障模型相关性判别纵联保护均能适用于集群风电送出线。     

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。     

基于贝瑞隆模型的线路差动保护实用判据

推导出了基于贝瑞隆模型的差动判据在三相耦合线路区内故障时的故障相差流和非故障相差流表达式,并在此基础上,提出一种新的基于贝瑞隆模型的实用判据,新判据在区外故障时能完全补偿暂态和稳态电容电流,区内故障时灵敏度高、允许过渡电阻能力强。仿真结果表明分析正确、新判据可靠。     

基于电流相关性的直流线路单极故障保护方案

目前,柔性直流配电网得到快速发展,但其直流线路保护方案还不成熟,特别是基于模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的直流配电系统,单极接地故障时故障电流不明显,给故障识别增加了难度。针对这一问题,考虑直流线路的分布电容效应,提出一种采用Pearson相关系数计算正负极电流相关性的单极接地故障识别方法。区内故障时,线路每端的正极电流与负极电流均呈强正相关特性,而区外故障时,靠近故障端的线路正负极电流正线性相关性较差。以直流电压变化率作为故障识别启动判据,给出具体的单极接地故障保护方案。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了光伏直流接入系统仿真模型并进行了验证,结果表明：该方案可快速、可靠地识别区内外故障,并具有一定耐受过渡电阻的能力。     

输电线路相差保护新原理

相差纵联保护具有区别电力系统振荡与短路的优越性能,但传统相差保护在内部故障时灵敏度易受负荷电流和过渡电阻的影响,且应用于双回线或环网时其性能受线路分布电容影响,在外部故障时保护可能误动。基于无损线路分布参数模型及故障分量保护原理,提出了新型相差保护原理。理论上保护性能不受负荷电流和过渡电阻的影响,且完全杜绝了外部故障时保护误动的可能性,极大地提高了保护安全性,且各种内部故障时可靠动作。理论分析表明所提原理适用于各种故障类型,其性能不受故障电阻及系统运行状态等的影响。大量的仿真也证明了该原理的正确性。     

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法

直流线路的保护是多端柔性直流电网发展面临的关键问题之一。文中针对现有纵联电流差动保护存在的问题,提出了一种采用电流突变量夹角余弦值的纵联保护方法,它利用线路两端电流突变量计算夹角余弦值从而进行区内、外故障判断。区内故障时,线路两端电流突变量方向相反,夹角余弦值为负值;区外故障时,线路两端电流突变量方向相同,夹角余弦值为正值。保护方法采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。仿真表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。     

稳态量分相电流差动保护判据制动特性的改进

定义了区内故障穿越电流。对穿越电流的研究显示,传统稳态量差动保护区内故障时的保护灵敏度受负荷电流影响大,带过渡电阻能力与故障点位置相关。通过在制动特性中引入穿越电流,提出了一种改进的稳态量电流差动判据。理论分析表明:改进判据与传统稳态量差动保护判据区外故障的安全性完全相同,但改进判据在区内故障的灵敏度以及带过渡电阻能力大大提高了。对一条750kV线路故障和保护的仿真试验,证明了改进判据的上述优越性,是一种比较理想的超特高压输电线路电流差动保护判据。     

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理

特高压直流输电线路长、发生故障概率大,其常规纵联电流差动保护的快速性较差且耐受过渡电阻能力有限。相关系数可定量描述两个变量的变化趋势,且不受变化幅度影响。为此,首先立足直流线路故障暂态特性,利用两端电流和、差计算相关系数,构造了判据特征量。其次,基于判据特征量在区内、外故障的不同特性,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,耐受过渡电阻能力和快速性优于常规纵联电流差动保护;且对信道要求低,利于工程应用。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了新原理的有效性。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.