基于波形距离系数的逆变站近区交流线路保护方向元件

逆变站仅有单回出线时,若逆变站近区交流线路发生故障,逆变站的复杂特性导致传统方向元件难以判别故障方向。文中对逆变站近区交流线路故障特征进行了分析。然后,指出了交流线路电流与交流边界元件电流时域变化量之间的相似特征,提出了利用测量电压、电流推算交流边界元件电流的电磁暂态计算方法。最后,利用时域中的交流线路电流与交流边界元件电流之间的波形距离系数在正方向和反方向故障下的差异,提出了一种新的方向判别原理,并通过大量仿真对其性能进行了验证。仿真结果表明,所提方向元件能准确识别故障方向,具有较高的可靠性和灵敏度。     

方向纵联保护对LCC-HVDC逆变侧交流线路的适应性分析

基于电压、电流故障分量的方向纵联保护原理广泛应用于交流线路的主保护。由于LCC-HVDC逆变侧交流线路具有不同于纯交流系统的故障特性,方向纵联保护能否继续适用需加以分析。首先,分析了逆变站三种不同的工作状态(未发生换相失败、发生单次换相失败、发生连续换相失败)对方向纵联保护的影响。其次,分析了逆变侧三种典型的交流出线结构(单回线单输电走廊、单回线多输电走廊、多回线输电走廊)对方向纵联保护的影响。最后,基于±800 kV天中直流系统(包括逆变侧500 kV交流出线)PSCAD仿真模型,验证了研究结论的正确性。     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

柔性直流供电网络的电流保护适用性分析

在模块化多电平换流器(MMC)逆变站交流线路发生故障时,MMC短路电流幅值受到控制策略的影响大,进而可能影响三段式电流保护的动作性能.鉴于此在RTDS平台上搭建了向无源网络供电的柔性交直流配电网系统,然后在MMC控制器内设计了交流故障穿越策略.基于控制与保护协同的思路对故障穿越策略投入与不投入两种情况下三段式电流保护动作性能做了仿真对比,仿真结果表明,当MMC逆变站交流线路发生不对称故障时,在交流故障穿越策略作用下,电流主保护Ⅰ段、Ⅱ段均拒动,只能由本线路的近后备保护电流Ⅲ段延时切除故障.基于纯交流系统故障电流特性进行整定的三段式电流保护动作性能较差,已经不再适用于MMC逆变站交流线路.     

基于低频电气量的超高压交流线路出口故障快速保护

为提升超高压交流线路出口故障的动作速度,提出一种基于低频电气量的出口故障快速保护方案,该方案由高速方向元件和出口故障快速识别元件构成。其方向元件利用系统等值阻抗上"测量电压降落"和"计算电压降落"的变化趋势确定故障方向;通过比较"故障残压"和"整定电压"在故障后一段时间内绝对值积分,快速判断是否发生出口故障。利用低频电气量降低了对采样率的要求;基于输电线路等传变原理,提出了克服电容式电压互感器暂态传变特性对出口故障快速识别元件影响的方法。仿真分析表明该出口故障快速动作方案能够快速可靠地判断出口近区故障方向,实现出口金属性故障快速切除。     

具有低电压穿越能力的光伏电源接入配电网方向元件新判据

具有低电压穿越能力的光伏电源与传统电源故障输出特性不同,其接入将影响配电网中传统功率方向元件的动作特性,使得传统功率方向元件不能正确判断故障方向。在研究具有低电压穿越能力的光伏电源接入配电网故障特性的基础上,得出了配电网保护正方向及反方向故障时流过保护的正序电流和保护安装处故障前电压的相位关系,以此为基础提出了一种基于正序故障电流和故障前电压相位信息的方向元件新原理。该原理保证了不同故障类型和故障位置条件下含光伏电源的配电网中方向元件动作的可靠性,同时避免了传统功率方向元件电压死区的问题。经仿真验证了该方向元件原理的有效性。     

基于故障点电压实测的线路距离保护新方法

基于长线方程实时计算线路故障点电压,实现线路故障点电压准确测量。故障后沿线电压降落幅值呈现物理分布特性:保护区内故障时,保护安装处到故障点的电压降落幅值小于保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值;保护区外故障时,保护安装处到故障点的电压降落幅值大于保护安装处到保护整定范围处的电压降落幅值。基于此特性,提出一种线路距离保护新方法。该方法与方向元件配合使用,适用于单相接地故障和相间故障的整个故障过程的Ⅰ段保护,原理上消除了故障点电压的影响,具有良好的耐高阻和抗负荷电流影响的能力。PSCAD仿真分析和500 kV线路录波数据测试表明,该方法动作性能优于传统距离保护,具有良好的现场实用价值。     

计及LVRT光伏电站并网下方向元件动作区域计算

针对低电压穿越控制策略下的并网光伏电站会影响配电网传统方向元件的动作区域,提出适用于光伏电站并网的配电网系统方向元件动作区域计算方法。以故障时光伏电站输出特征为前提,对线路不同位置与不同故障类型下保护处正序电压与正序电流的相角关系进行分析,提出基于正序故障电流和正序故障电压相角差的方向元件动作区域。基于PSCAD搭建典型含光伏电站配电网模型,对各种故障类型及故障位置进行仿真验证,结果表明所提方法能有效判断故障方向,且不受故障类型与故障位置的影响。     

适应于双馈风电场送出线的时域距离纵联方向保护

针对基于傅里叶算法的距离纵联方向保护应用于双馈风机接入系统会受频偏特性影响这一问题,分析了双馈风机短路电流特性对传统距离方向元件的影响。考虑到双馈风电场的频偏特性,运用了一种时域保护原理,即通过采集双馈风电场送出线两端保护安装处电压、电流时域信息,利用递推最小二乘法辨识出两端保护装置感受到的电阻、电感,将时域距离保护II段作为方向判别元件实现时域距离纵联方向保护。仿真结果表明,该方法不受风电场侧短路电流频偏特性的影响,能准确、快速判断出故障方向,且具有较强的抗过渡电阻能力,提高了双馈风电场送出线纵联方向保护的动作可靠性。     

柔性直流输电系统交流侧线路继电保护适应性研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统运行控制特性与常规直流输电（LCC-HVDC）差别较大,其对交流侧继电保护的影响也不同于LCC-HVDC。基于MMC换流站控制器的动态响应特性,推导了交流电网故障下MMC逆变站交流侧短路电流表达式,分析了逆变站输出短路电流幅值、相位特性与MMC控制方式之间的关系;在此基础上,提出了基于MMC控制方式的等效矢量分析方法,直观刻画了保护电气量之间的相位关系。通过推导故障电气量及保护动作方程,分析了逆变站在不同控制方式下纵联电流差动保护、距离保护和零序电流保护的动作特性,明确了MMC对交流侧继电保护的影响范围,所得结论为MMC-HVDC交流侧线路保护的配置及整定提供了参考依据,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的有效性。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

LCC?HVDC逆变侧换流站近区交流线路高阻接地故障保护

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)换流站近区交流线路高阻接地故障切除不及时易引发连续或后续换相失败,造成换流站单双极闭锁,威胁着系统运行安全性.文中分析了影响零序差动保护动作特性的关键因素,指出高阻接地故障保护需从传统的阈值整定模式调整为对被保护线路故障支路特性变化的定性描述和甄别.基于弧光高阻接地故障支路的非线性伏安特性辨识以及同塔并架相邻线路广域方向信息的配合,提出了适用于LCC-HVDC换流站近区交流线路的高阻接地故障启动元件、方向元件及保护方案.最后,通过仿真验证了保护方案的有效性.     

基于广义变比的换流站集成保护新方法

随着交直流混联输电技术的发展,换流站保护的研究日益重要。根据换流站交流母线电压和换流器输出直流电压之间的换流关系,定义了广义变比,提出了基于广义变比的换流站集成保护新方法。该方法运用集成保护的思想对换流站进行区域划分,利用广义变比实现换流元件异常或故障的实时在线监测,并根据换流变压器阀侧套管CT电流特征进行故障元件的准确定位。通过故障分析和EMTDC/PSCAD仿真验证,保护在换流元件各种故障情况下均能正确动作。     

考虑交直流侧协调的模块化多电平换流站直流线路保护方案

在换流站保护中,交直流保护之间往往缺乏配合,且存在直流保护的速动性难以满足要求、故障区域难以确定等难点。为此,根据模块化多电平换流器(MMC)闭锁前后直流二次谐波电流与交流负序电流特征,提出了换流站交直流故障辨识方法,可有效区分交、直流故障,确定故障区域。在此基础上,提出了交、直流侧协调配合的换流站直流保护方案。最后,结合光伏直流汇集接入系统的PSCAD/EMTDC模型,验证了交直流故障辨识方法的可行性以及交、直流侧协调配合的直流保护方案的可靠性。结果表明,所提方法能有效识别交、直流故障,且受过渡电阻的影响较小。     

柔性直流配电系统换流器交流侧接地故障的分析

柔性直流配电网中的换流器若经联结变压器接入交流电网,联结变与换流阀之间发生绝缘损坏会产生换流器交流侧接地故障。接地故障对系统运行的影响及其保护方案值得研究。首先分析了柔性直流配电网中各部分的共模等效模型。考虑联结变不同的接地方式,建立了一个典型的五端柔性直流配电系统共模等效电路。推导了各端基频共模电流、电压的计算公式。其次考虑系统可能存在的各种谐振,提出了一种基于换流器直流侧基频共模电流、电压以及功率方向的多端柔性直流配电系统交流侧接地故障的保护方案。最后在PSCAD仿真平台上进行了验证。     

电压源换流器接地方式对直流配电系统的影响

针对低压直流(Low Voltage Direct Current, LVDC)配电系统分析比较了电压源换流器不同接地方式的优缺点。分别在换流器电容中点直接接地和高阻接地方式下,对换流器交流出口处不对称故障特性和直流线路单极接地故障特性进行了分析,并建立LVDC电磁暂态模型进行了仿真研究。对比系统不同工况下的暂态性能可知,电压源换流器电容中点高阻接地方式优于直接接地方式。高阻接地的方式对限制故障电流更为有利,同时也有利于直流配电系统故障消除后的快速恢复,这为未来直流配电系统保护方案的配置奠定了基础。     

逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路差动保护灵敏性优化方案

针对逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路差动保护灵敏度降低问题,提出了一种基于改进判据的差动保护优化方案。利用逆变型新能源场站柔性直流送出系统交流线路故障特征,分析交流线路差动保护的适应性,正常区内故障时,将制动分量设为0,提升保护的灵敏性,当两侧相角差超90°时,判据中加入两侧电流相角差来削减灵敏性降低程度;与直接降低制动系数的方法相比,优化方案可以通过改变参数来兼顾差动保护的可靠性,且优化方案不受逆变型新能源场站外接系统强弱影响,适用范围更广;最后,利用PSCAD仿真软件搭建了逆变型新能源场站接入张北四端柔性直流系统模型,仿真验证了优化方案的有效性。     

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。     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。