基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD 仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。     

利用测量波阻抗欧几里得距离的柔性直流输电线路后备保护方案

行波主保护易受高阻故障的影响,电流差动保护易受分布式电容的影响,且现有主、后备保护方案之间存在较大时间空白。为解决上述问题,进一步提高保护的可靠性,提出一种基于测量波阻抗欧几里得距离的行波纵联保护新方案。通过分析柔性直流输电线路区内、外故障时,线路两侧测量波阻抗幅值及变化趋势的差异性,提出利用二进小波变换提取宽频窗测量波阻抗,并引入欧几里得距离及相似系数表达波阻抗幅值及变化趋势,最后根据欧几里得距离和相似系数区分区内、外故障。PSCAD仿真表明所提保护方案能可靠、灵敏、快速地识别区内外故障,并具有较强的耐受过渡电阻和噪声干扰的能力。     

基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500 Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。     

基于测量波阻抗的高压直流输电线路纵联保护

针对目前直流输电线路保护灵敏性和速动性难以兼顾的问题,提出一种基于测量波阻抗的直流线路保护方法。利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波并计算线路两端的测量波阻抗。在线路内部故障时,线路两端测量波阻抗均为测点背侧等效阻抗,差异较小;在线路外部故障时,线路两端测量波阻抗分别为测点背侧等效阻抗和线路波阻抗,差异较大,据此可以区分直流线路上的内部和外部故障。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,该保护方法易于整定,在各种故障情况下均能可靠、快速地识别直流线路内部和外部故障。     

基于测量波阻抗的母线保护新方法

为避免电流互感器饱和对母线保护的影响,提出一种基于测量波阻抗的母线保护新方法:对母线区内、外故障的情况进行了理论分析,当发生母线区内故障时,所有线路的测量波阻抗的极性均为负,幅值近似相等;当母线发生区外线路故障时,故障线路的测量波阻抗的极性为正,且其幅值远小于非故障线路的测量波阻抗的幅值;通过对母线上各线路的测量波阻抗的极性和幅值进行比较即能判断母线故障类型。此外,还对该母线保护新方法的实现方案进行了探讨,得到了可行的保护实现方案。理论分析及EMTP仿真表明,基于测量波阻抗的母线保护方法基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响,且能体现行波的本质,保护方法可靠、有效。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC突变量方向纵联保护方法

高压直流输电线路的行波保护存在对装置采样率要求高及耐受过渡电阻能力差等问题。作为后备保护的纵联电流差动保护,为了防止线路分布电容等问题导致的误动,失去了速动性的优点,动作时间较长。利用HVDC线路发生区内外故障时,两端保护装置检测的电压和电流突变量的极性差异,提出基于Hilbert-Huang变换的突变量方向纵联保护方法。在分析不同故障时电压和电流突变量相位差别的基础上,采用Hilbert-Huang变换求取突变量相位差,识别两者的极性差异,进而判断故障发生的方向。基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电仿真模型,仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够实现保护的快速识别,可靠性高,且受过渡电阻的影响较小。     

利用暂态测量阻抗的高压直流线路故障识别方法

为提高高压直流线路故障检测的准确性,提出一种利用直流线路两端暂态测量阻抗特征的故障判别方法。基于长线路传输方程,分析直流区内、外故障暂态过程中线路两端的暂态测量阻抗特征(定义为暂态电压分量与暂态电流分量之比)。由于直流线路与边界在不同频带下呈现的阻抗特征存在差异,区内、外故障时,线路两端暂态测量阻抗将不同,据此可形成故障判据。利用暂态测量阻抗进行故障判别,克服传统暂态谐波保护中谐波幅值低、易受线路衰减及过渡电阻的影响等缺陷。结合双极线路低频段暂态分量耦合系数小的特点,提出利用低频段暂态电流比值进行故障极判别。仿真分析与现场录波数据测试表明,该方法能准确、可靠地实现直流线路的故障判别,具有较强的抗过渡电阻能力,且对于系统参数的变化具有一定的适应性。     

基于电流波形匹配的高压直流输电线路纵联保护

在分析直流线路两端特定频率电流波形特征的基础上,提出了一种新的直流输电线路纵联保护方案。对直流滤波器进行阻抗–频率特性分析,发现滤波器在特定频率点阻抗值接近于零,即滤波器对该频率电流具有良好的滤波效果,正常运行时直流线路两端特定频率电流几乎为零。故障时,由于系统阻抗特性改变,线路两端特定频率电流显著增加。通过对直流线路谐波等值网络进行分析,发现区内故障时,线路两端特定频率电流都由直流母线流向线路;整流侧区外故障时,直流线路整流端的特定频率电流由直流母线流向线路,而逆变端则由线路流向直流母线;逆变侧区外故障时,与整流侧区外故障情形相反。特定频率电流方向一致时波形匹配程度高,而当方向相反时,波形匹配程度低,利用该特征构成直流线路区内、外故障判据。针对现行直流线路电流差动保护的缺陷,提出了一种改进的直流线路后备保护方案。大量仿真结果表明,该保护方案原理简单,能可靠、准确识别直流线路区内、外故障,且具有较高的过渡电阻能力。     

基于单端电气量的多端柔性直流配电系统暂态保护

随着配电系统结构的发展与变化,传统交流配电系统、高压直流输电系统的保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。目前所提直流配电线路的保护方案有2种思路:基于线路两端信息和基于线路单端信息。前者需要通信通道,要求两端数据的同步,动作速度慢;后者需要构造保护边界,增加系统经济成本。基于此,提出了一种基于单端电气量、无需构造保护边界的多端柔性直流配电系统暂态保护方案。首先,分别计算线路一侧的正、负极暂态电压与其正常稳态电压的标准差系数识别故障极。然后,分析发生区内故障时各电气量的时域解析关系,分别推导出单、双极故障时的微分方程以计算故障距离,从而实现区内、外故障的快速、可靠识别。最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。仿真结果表明,所提保护方案在各种故障情况下仅基于本地信息即可有效识别故障极和区内、外故障,有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力,满足直流配电网对保护速动性与选择性的需求。     

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。