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。     

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。     

高压直流输电线路单端暂态量保护装置的技术开发

针对传统直流线路主保护存在灵敏度不足、可靠性差等问题,基于现有直流输电工程控制保护平台硬件设备及软件环境,研究开发了仅利用单端暂态信号的新型直流输电线路主保护装置。保护原理基于直流输电线路边界对高频电压信号的阻隔特性,由启动元件、暂态量方向元件、边界元件、故障极判别元件、雷击干扰判别元件组成。利用实际直流输电工程进行二次系统调试时所采用的RTDS仿真模型及现场控制保护设备,对直流输电线路单端暂态量保护装置进行了直流输电控制与保护系统出厂试验中所有线路保护项目试验,结果表明,直流输电线路单端暂态量保护装置能够准确、快速区分线路区内外故障及雷击干扰,适用于不同直流输电工程,并且保护原理可靠、计算量小、无需更换门槛值,有很强的实用性。     

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。     

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双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以及边界的频率特性,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,得到当故障发生点与保护安装点的距离大于 时,线路对频率为 高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用的结论。证明特高压直流输电系统整流侧和逆变侧关于直流输电线路中点对称,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双端电压暂态保护原理和动作判据,该原理能实现特高压直流输电线路全线保护。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双端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

基于初始电压行波频域衰减速率的MMC-HVDC线路保护方案

针对目前基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出了一种基于初始电压行波(IVTW)频域内衰减速率的MMC-HVDC线路单端量保护方案。首先,构建四端MMC-HVDC电网的等效模型,分别计算直流线路区内外故障下IVTW的频域表达式。由于输电线路两端限流电抗器的边界作用,区内外故障下IVTW随频率增大而衰减的速率具有不同的特点。以不同尺度的平稳小波变换(SWT)提取IVTW在不同频带下的细节系数,并用不同尺度下的小波变换模极大值(WTMM)的绝对值分别表征其在相应频带中的幅值,根据IVTW频域内等效衰减速率的平方构造了识别线路区内外故障的判据。最后,各种故障情况下的仿真结果验证了所提保护方案的有效性。     

一种配电线路单端全线速动保护方案

不依赖电源特性,仅和线路拓扑有关的单端量全线速动保护是改善目前配电网薄弱保护配置的重要方案。针对配电线路多分支、损耗大的特点,设计了一种稳态分布补偿、暂态故障识别的边界元件,并基于边界元件提出了一种配电线路单端量全线速动方法。在配电线路各母线处并联电容作为边界元件,利用其对阶跃故障行波的反射作用,通过小波分析提取区内外故障时电压时域暂态能量差异,并综合故障前后电流幅值特点,实现全线速动保护方案配置。PSCAD仿真结果表明,该方法能够快速可靠的识别配电线路区内外相间故障,具有较高的耐过渡电阻能力;且边界电容值越大,越有利于区内外故障的识别,但电容的选取仍需考虑电网运行要求、经济性等因素的影响。     

高压直流线路区内外故障判别新方法

采用理论推导与仿真分析相结合的方法对高压直流线路区内和区外故障的电压以及电压变化率的暂态特性进行了研究,发现区内外故障的电压变化率最大值出现时刻存在明显差异。利用该特性区分高压直流线路区内外故障。基于PSCAD/EMTDC的仿真测试结果表明,所提方法能可靠识别直流线路区内外故障,且耐受较高的过渡电阻,所需采样频率较低、时间窗短,可基于现有软硬件平台实现。     

基于小波分析的特高压直流输电线路双端电压暂态保护

分析云广直流输电线路和边界的频率特性,结果表明当故障发生点与保护安装点的距离大于一定值时,线路对某频率的高频信号衰减作用将大于本侧边界对该频率高频信号的衰减作用,据此提出用保护元件区分对端区内外故障的特高压直流线路暂态保护原理。分析和仿真试验表明该暂态保护原理能够保护线路的全长。通过比较两端检测到的故障暂态信号,判断故障位置更靠近整流侧还是逆变侧;对检测到的对端故障电压暂态信号进行多尺度小波变换,利用高频段小波能量与低频段小波能量不同构造区内外故障判据;根据故障后两极线上暂态电压之间的差异构造故障选极判据。仿真结果表明所提方法具有良好的反映过渡电阻的能力。     

基于故障电流传播特性的高压直流输电线路单端保护方案

针对高压直流输电线路现有行波保护故障识别准确率不高、耐过渡电阻能力不强等问题,提出一种基于故障电流传播特性的单端保护方案。基于高压直流输电系统的等效电路,分别分析故障电流从换流侧到线路、从线路到换流侧以及在线路上的传播特性,进而分析不同位置发生故障时整流站线路边界两侧故障电流特征的差异性。基于此,利用特征频段电流构造区内、区外故障的识别判据,设计直流线路单端保护方案。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果表明,所提保护方案能够准确识别区内、外故障,且具有良好的耐过渡电阻及抗噪声干扰能力。     

基于极波模量时差的高压直流输电线路自适应单端保护

针对目前高压直流输电线路单端保护在远端高阻接地故障时灵敏性下降可能造成保护拒动的问题,提出了一种基于极波模量时差的自适应单端保护方案。通过分析高压直流系统的边界作用和极波中耦合的线模和地模的传播特性,得到在区内故障和区外故障时不同的极波波形特征。文中分析了传统单端保护在远端高阻接地故障时灵敏性下降的原因,利用故障极波线模和地模时差内的极波波形斜率和幅值变化量,构造了自适应分段保护判据。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果表明,所提保护方案能够有效地检测区内外故障,特别是在远端高阻接地故障时仍然保持足够的灵敏性。     

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。     

基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护

现有的行波保护和电流差动保护间的配合存在延时,使得故障过程中的直流控制暂态阶段缺乏相应的保护。基于控制保护融合的思路,利用故障后直流控制暂态阶段两换流站侧的触发角变化特征,提出一种基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护新原理。通过构造整流侧和逆变侧的触发角变化率均值间的余弦相似度判据和固定时间间隔的触发角变化量判据,实现区内外故障的准确识别。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方案可在直流控制暂态阶段识别故障,耐受过渡电阻能力强,动作速度较快,且数据采集不需要严格同步,可作为高压直流线路的快速后备保护。     

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.     

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.     

不依赖边界元件的柔性直流电网反时限过流保护配置方案

现阶段柔性直流电网线路保护大多依赖边界元件，不适用于线路间无明显边界的“网孔结构”柔性直流电网。针对此类电网在远距离输电场景下的线路保护问题，提出了一套不依赖于边界元件的反时限过流保护配置方案。首先，通过分析故障电流的暂态特性，确定了不同故障位置下保护配置的思路。然后，基于保护要求，利用故障电流的波头特征，构造电阻补偿系数保证方案的耐过渡电阻能力，建立了适用于柔性直流电网故障特性的反时限过流保护动作方程，并确定了延时的计算和整定原则。最后，基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了该方案的有效性和适用性。结果表明，所提方案能够准确、可靠地识别故障，具有较强的耐过渡电阻能力。     

基于测量阻抗电阻分量符号的“网孔型”柔直电网线路纵联保护

对于限流电抗器装设于换流站出口的“网孔型”柔性直流电网而言,线路之间无边界存在,基于边界效应的保护不再适用。同时,传统的差动类保护存在延迟长和严格通信同步的问题。为此,提出一种基于测量阻抗电阻分量符号的纵联保护方案。通过对“网孔型”直流电网的Peterson等效电路进行分析发现,当发生区内故障时,线路两端的测量阻抗电阻分量符号相同,而当发生区外故障时,二者符号相反。根据这一特征,利用连续小波变换(continuous wavelet transform, CWT)提取测量阻抗的实部并构造保护判据。理论分析和仿真结果表明所提保护方案能够可靠、快速地识别各种类型的直流线路故障,具备耐高阻和强噪声的能力,且无需双端数据的严格同步。     

基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案

柔性直流输电对继电保护的速动性及可靠性提出了更高的要求。为实现直流故障的快速可靠识别,文中分析了模块化多电平换流器(MMC)的控制参数在系统发生故障时的响应特性,并提出了一种MMC型高压直流输电线路保护新方案。根据MMC控制参数定义了虚拟能量调节偏差,利用虚拟能量调节偏差对系统故障时的响应特性识别直流线路故障,并结合虚拟能量调节偏差的比值进行故障类型的判别。该保护方案融合了交直流侧的故障信息,提高了保护的可靠性,保护判据利用了换流器控制参数信息,无须测量线路的电气量。仿真结果表明,所提保护方案可以快速准确动作且具有较强的耐过渡电阻能力。