基于模型识别的VSC-HVDC直流输电线路方向元件

电压源换流器型直流输电（Voltage Source Converter HVDC,VSC-HVDC）直流线路两侧并联了大电容,在高频下系统侧阻抗可等效为并联电容阻抗。根据VSC-HVDC特有的系统结构,结合模型识别的基本思想,提出了一种VSC-HVDC直流输电线路方向元件方向判别原理。在高频范围内,采用时域算法,通过两种模型的模型误差、识别的电感值和电容值与实际值的差异构成方向判据。理论分析和仿真实验表明,该方法不受故障类型、过渡电阻以及故障点位置影响,在各种工况下均可快速可靠地判别故障方向。     

基于阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件

针对故障分量方向元件在大规模双馈风机并网不适用的问题,提出了基于正序阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件。首先,将风电场正序阻抗波动量化,分析阻抗波动对正序故障分量方向元件影响,得到正序故障分量方向元件在风电场送出线路的拒动边界。其次,基于Prony算法结合带通滤波器提取工频量,分析送出线路风电侧正、反方向故障正序阻抗幅值变化特征。最后,引入去趋势波动分析(detrended fluctuation analysis, DFA)计算波动函数,构造新型参数识别方向元件动作判据,实现故障方向判别。仿真结果表明,提出的参数识别方向元件不受风电场运行工况、故障类型和系统振荡的影响。当过渡电阻达到100?W?时,仍能正确判别故障方向,具有较强的抗干扰性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。     

基于递归中值滤波的暂态能量方向元件仿真分析

阐述了基于递归中值滤波的暂态能量方向元件的原理,并给出其快速实用算法。建立一500 kV超高压输电系统模型,对该方向元件的动作特性进行了ATP仿真分析。仿真结果表明,该方向元件能够非常明确地判别出故障的方向,且不受故障位置、类型、初始角、过渡电阻等因素的影响,具有很好的方向识别性能。     

适用于半波长输电线路的快速方向纵联保护方法

基于工频故障分量和序分量的功率方向元件利用背侧阻抗特征可以准确识别线路正、反向故障,但由于半波长输电线路波过程的折反射时间很长,因此常规方向元件在保护启动后无法快速、准确判别反向故障。为此,提出了一种适用于半波长输电线路的新型故障分量方向保护方法。该方法利用半波长输电线路反向故障初期电压相间差故障分量和电流相间差故障分量的幅值相位关系,在线路两端分别计算反向识别系数;通过反向识别系数的大小来实现反向故障的识别。同时,采用工频故障分量方向元件和负序方向元件作为判定正向故障的辅助判据,与新方法一起构成了半波长输电线路快速方向纵联保护方案。该方案采用基于反向识别系数的快速动作逻辑,利用保护对反向故障的快速识别实现区内故障的快速动作。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法可以准确识别线路正向故障和反向故障,实现半波长输电线路全线速动。     

基于递归中值滤波的暂态能量方向元件仿真分析

阐述了基于递归中值滤波的暂态能量方向元件的原理,并给出其快速实用算法.建立一500 kV超高压输电系统模型,对该方向元件的动作特性进行了ATP仿真分析.仿真结果表明,该方向元件能够非常明确地判别出故障的方向,且不受故障位置、类型、初始角、过渡电阻等因素的影响,具有很好的方向识别性能.     

适应于广域后备保护的复合方向元件

提出一种适应于广域后备保护的复合方向元件。分析了正序突变量方向元件和负序方向元件的动作特性。针对二者存在的缺陷提出一种虚拟变化量方向元件,通过构造某相虚拟电压和电流使三相故障时保护元件中出现长期有效的虚拟变化量,实现故障判别。结合以上3种基本方向元件,提出复合方向元件的构成逻辑,用于识别故障方向。仿真结果表明,复合方向元件能够在各种类型故障下可靠启动,准确判断故障方向,持续反应故障状态,且在元件出口三相短路无死区,大电源侧有足够灵敏度,外部故障切除后可以自动返回,动作特性良好,能够满足广域后备保护的应用需求。     

利用相电流突变防止零序方向元件误动的方法

弱电强磁情况下相邻回线间互感是造成零序方向元件误动的根本原因。文中分析了零序方向元件正确工作的条件,对比了零序方向元件正确动作与误动作情况下该回线电气量的特征差异,得出了误动线路的三相电流具有相同突变的故障特征。在此基础上利用模型误差识别三相电流相同突变特征,提出了一种防止零序方向元件误动的方法。通过PSCAD建立同塔双回线路模型进行仿真验证,仿真结果表明:文中方法能够可靠闭锁相邻回线短路、断线情况下健全线路的零序方向元件,不会闭锁该线路故障情况下的零序方向元件。所述方法具有识别弱电强磁环境下相邻回线互感的能力,提高了零序方向元件的适应性,具有实用价值。     

基于方向权重的广域后备保护跳闸策略

在故障元件已被有限广域集中式后备保护识别的基础上,提出一种基于方向权重的广域保护跳闸策略。根据网络拓扑及本区域内正序电流相量信息,构造基于方向权重的节点-支路关联矩阵,然后根据故障判别结果和断路器失灵判别结果构造元件-断路器关联度向量,并通过关联度向量识别并跳开关联断路器。仿真结果表明,所提方法简化了后备保护的配合关系,且能够在最小范围内切除故障,对信息同步没有严格要求,在断路器信息部分缺失时也有很好的适用性及可靠性。     

结合H-S变换和BSVM的高压输电线路故障识别

针对高压输电线路故障识别元件易受系统工况和一些不确定因素影响的问题,提出一种新的故障分类模型。此模型主要由3个二分类支持向量机分类器、1个零序分量判别器和1个逻辑判断器构成。对三相电流进行H-S变换得到模时频矩阵值,用于对支持向量机分类器的训练;对零序电流进行小波变换计算低频能量,用于零序分量判别器识别;最后逻辑判断器根据二者的输出遍历逻辑表做出判断。通过仿真实验,此模型在各种干扰和工况变化的情况下都能保持良好的性能。     

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。     

快速工频量高频方向保护的新方案

本文针对相电压补偿方向元件的不足,提出了两种新型的方向元件－－负序电压补偿式方向元件和相电压故障分量补偿方向元件,通过大量的ＥＭＴＰ仿真验证了其优良性能,并在此基础上,提出了实现快速工频量高频方向保护的新方案,即：对于各种不对称故障采用负序电压补偿式方向元件,对于三相故障采用相电压故障分量补偿式方向元件,对于非全相状态下的故障采用和电压补偿式方向元件。     

基于多方向元件的串补线路协同保护新方法

串补线路故障特征的复杂性加大了保护装置可靠动作的难度,为提高串补系统保护可靠性,提出一种多方向元件相互配合的串补线路方向保护方案。该方案利用负序电流值及故障前后的测量电流相位差判断故障类型,针对不对称短路、三相短路及负荷变动分别采用负序、工频方向及突变量电压电流相角差判断保护装置是否动作。PSCAD仿真表明,在系统发生电压反向、电流反向、经过渡电阻接地以及负荷变化等情况下该保护方案均可准确判断故障位置,从而使保护装置正确跳闸。同时,该方案不受MOV不同导通状态的影响,具有较好的保护性能。     

正序电压电流补偿的方向元件

提出了一种基于正序电压电流补偿的方向元件,可用于高压输电线路纵联方向主保护。给出了补偿阻抗的确定方法,在经过合适的阻抗补偿后,该方向元件能够反应系统全相及非全相状态下各种不对称故障,不受系统振荡的影响,在启动元件启动后整个过程能长期投入运行。对于线路发生三相短路的解决办法是补偿加入电压电流的正序故障分量。用电力系统动态模拟试验的故障录波数据对该方向元件进行验证,结果表明,该方向元件能有效、可靠地判断出故障方向。     

Development and Investigation of a New High-Speed Directional Relay Using Field Data

In this paper, a new high-speed directional relay is proposed. The relay is based on the current and voltage signals before and after fault occurrence. The voltage signal is compensated and then used as a reference. The relay is used for the directional comparison protection of extremely high voltage transmission lines. An evaluation of the suggested directional relay is investigated using recorded fault data from the Alberta power transmission system. The real effects of the power system elements, which might have not been completely considered in the mathematical model of the power system, have been included in the recorded real fault data. In this case, the performance of the new directional relay can be verified in a more realistic environment than simulation.     

Short-term wind power forecasting using adouble-stage hierarchical ANFIS approachfor energy management in microgrids

Determination of the output power of wind generators is always associated with some uncertainties due to wind speed and other weather parameters variation, and accurate short-term forecasts are essential for their efficient operation. This can efficiently support transmission and distribution system operators and schedulers to improve the power network control and management. In this paper, we propose a double stage hierarchical adaptive neuro-fuzzy inference system (double-stage hybrid ANFIS) for short-term wind power prediction of a microgrid wind farm in Beijing, China. The approach has two hierarchical stages. The first ANFIS stage employs numerical weather prediction (NWP) meteorological parameters to forecast wind speed at the wind farm exact site and turbine hub height. The second stage models the actual wind speed and power relationships. Then, the predicted next day’s wind speed by the first stage is applied to the second stage to forecast next day’s wind power. The influence of input data dependency on prediction accuracy has also been analyzed by dividing the input data into five subsets. The presented approach has resulted in considerable forecasting accuracy enhancements. The accuracy of the proposed approach is compared with other three forecasting approaches and achieved the best accuracy enhancement than all.     

基于参数识别的继电保护原理初探

从网络分析理论出发,通过建立网络响应和网络参数之间的数学模型,利用网络的全响应信号,采用模型参数识别的方法得到故障网络的故障参数信息构成保护原理。参数识别的保护原理不受系统运行方式变化的影响,不受过渡电阻和系统振荡的影响。初步研究表明,利用该原理可以解决单端电气量无系统误差的准确故障定位、快速方向元件、串补电容线路故障位置的可靠识别和小电流接地系统准确故障选线等工程难题,具有良好的应用前景。     

Data-mining model based adaptive protection scheme to enhance distance relay performance during power swing

The paper presents a data-mining model based adaptive protection scheme enhancing distance relay performance during power swing for both compensated and uncompensated power transmission networks. In the power transmission network, the distance relays are sensitive to certain system event such as power swings, which drive the apparent impedance trajectories into the protection zones of the distance relay (zone-3) causing mal-operation of the distance relay, leading to subsequent blackouts. Further, three-phase balanced symmetrical fault detection during power swing is one of the serious concerns for the distance relay operation. This paper proposed a new adaptive protection scheme method based on data-mining models such as DT (decision tree) and RF (random forests) for providing supervisory control to the operation of the conventional distance relays. The proposed scheme is able to distinguish power swings and faults during power swing including fault zone identification for series compensated power transmission network during stress condition like power swing. The proposed scheme has been validated on a 39-bus New England system which is developed on Dig-Silent power factory commercial software (PF4C) platform and the performance indicate that the proposed scheme can reliably enhance the distance relay operation during power swing.     

Intelligent relaying scheme for series-compensated double circuit lines using phase angle of differential impedance

The paper presents a comprehensive intelligent relaying scheme using phase angle of differential impedance (PAODI) for series compensated double circuit transmission lines. The differential impedance (DI) is the ratio of differential voltage phasors of any phase across two ends of the transmission line to the differential current phasors of the same phase of the same transmission line. The PAODI of each phase are used as inputs to the data mining model known as decision tree (DT) to generate final relaying decision to identify the faulty phase(s) involved. The proposed scheme is extensively validated for different fault scenarios including inter-circuit and cross-country faults on the series-compensated parallel transmission developed on Real Time Digital Simulator (RTDS) platform. The test results obtained indicate that the proposed PAODI based intelligent relaying scheme is both dependable and secure in protecting series compensated double circuit transmission lines with a response time of less than 1 and 1/2 cycles.     

故障分量分相补偿式方向元件

提出一种用于超高压和特高压输电线路上的分相方向元件.通过比较故障分量补偿电压和故障前电压的相位,从而判断是否正方向故障.该分相方向元件具有极强的方向性,能反应系统全相、非全相和振荡状态下的各种对称和不对称故障,具有很高的承受过渡电阻的能力.通过各种情况下大量仿真试验证明了此原理的优越性.     

用于特高压输电线保护的能量方向元件

传统能量方向元件在特高压线路中不能正确判别故障方向,同时当线路出口发生故障时由于系统内阻很小而导致有功能量方向元件也不能做出正确的判断。提出了一种应用于特高压长距离输电线路的故障分量式能量方向元件,并且提出了相应的方向纵联保护原理,用贝瑞隆算法加以实现;从而使保护的可靠性大大提高;分析了保护判据及其动作特性。通过数字仿真证明了所提方向元件原理和保护判据的正确性和可靠性,该元件具有不受系统暂态过程、过渡电阻、串补电容等因素影响的特性,而且其灵敏度不受故障类型及故障位置等因素的影响,同时动作速度也较快,不大于20ms。