基于电流行波突变特性的多端柔性直流线路纵联保护

在柔性直流输电线路中,广泛应用行波保护作为主保护。但行波保护作为单端量保护,耐受过渡电阻能力有限。因此,针对高阻接地故障使得柔性直流输电线路主保护故障识别灵敏度降低问题,提出了一种基于电流行波突变特性的快速纵联保护方法。首先,通过分析线模电流行波在线路上的传播过程,推导出区内外故障时线路两端线模电流行波突变特征。然后,利用最小二乘法对线模电流行波拟合构造保护主判据,并结合启动判据、选极判据构成纵联保护方法。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建四端柔性直流电网模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的保护方法能快速可靠识别区内外故障,能耐受300 过渡电阻和30 dB高斯白噪声,并且对采样频率和通信要求低。     

基于电压折射波幅值正负差异的柔性直流电网两段式行波保护

针对柔性直流电网线路行波保护在长线故障下难以兼顾速动性和耐受过渡电阻能力的问题,提出了一种基于电压折射波幅值正负差异的两段式行波保护方案。首先,通过分析故障行波在线路上的传播过程,推导了各折反射波的表达式,得出了区内外故障下线路端口电压折射波幅值的正负差异特性。然后,基于该特性,提出了两段式行波保护方案,以传统行波保护判据构成保护第Ⅰ段,采用端口电压幅值及回升时间构成行波保护第Ⅱ段。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该保护方案的有效性。     

基于电压折射波幅值正负差异的柔性直流电网两段式行波保护

针对柔性直流电网线路行波保护在长线故障下难以兼顾速动性和耐受过渡电阻能力的问题,提出了一种基于电压折射波幅值正负差异的两段式行波保护方案。首先,通过分析故障行波在线路上的传播过程,推导了各折反射波的表达式,得出了区内外故障下线路端口电压折射波幅值的正负差异特性。然后,基于该特性,提出了两段式行波保护方案,以传统行波保护判据构成保护第Ⅰ段,采用端口电压幅值及回升时间构成行波保护第Ⅱ段。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该保护方案的有效性。     

基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究

直流线路保护是高压大容量柔性直流电网亟需解决的关键问题之一。针对目前的通信技术难以满足传统行波差动保护对高速采样数据的实时传输要求这一突出问题,文章提出了基于等效行波的柔性直流电网差动保护方法。作为单端量主保护的后备保护,该方法仅利用少量能表征原故障电流行波关键信息的模极大值进行数据交互,在线路两端重构出能完美复现原故障电流行波的等效故障电流行波,不但大大减少了构造行波差动保护判据所需的通信数据量,而且可实现柔性直流电网故障区域和区内直流线路不同类型故障的可靠、快速识别。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端环形柔性直流电网,对所提的基于等效行波的柔性直流电网差动保护方案进行了仿真验证。     

基于故障电压行波能量比较的输电线路纵联保护

在分析线路两端故障行波关系特征的基础上,提出了一种基于故障电压方向行波能量比较的纵联保护新算法。该算法基于S变换,提取单频率电压方向行波能量,利用线路一侧电压反行波能量与另一侧电压前行波能量的比值构成保护判据。当被保护线路区外故障时,上述能量比值较小,趋近于1;而被保护线路内部故障时,该能量比值很大,能够明显地区分出线路内外部故障。文中对保护的原理判据和影响行波纵联保护的主要因素分别进行了仿真分析,仿真结果表明,所提出的纵联保护算法在小故障初始角下仍能准确识别区内外故障,动作速度快,可靠性高,且不受故障位置、故障类型、过渡电阻和母线结构等因素影响。     

基于MMC的多端柔性直流线路超高速保护关键技术研究

为了满足多端柔性直流电网输电线路超高速保护动作快速需求,在传统直流线路保护的基础上,介绍了柔性直流线路的保护配置和动作策略,根据故障行波的特征,提出了一种行波保护方法。该方法将电压信号经过S变换提取故障行波的特定频带特性,通过对不同时刻故障行波幅值的变化识别接地短路故障,进而构成行波保护出口的判据。最后基于实际工程参数,在RTDS搭建的多端柔性直流仿真模型与控制保护系统构成的闭环系统上进行试验验证,试验结果表明该方法有效、可靠。     

多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键问题,其主要技术难点在于快速可靠地识别故障区段。传统交流系统保护和常规直流输电系统保护原理很难适用于柔性直流电网。根据柔性直流电网故障暂态特征以及一次设备固有构成,该文提出一种基于线路边界元件的新型快速方向纵联故障识别判据,以及一种实用可靠的故障选极判据,并设计相应的线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型直流电网模型,通过大量的仿真算例验证该保护原理的可行性,以及在硬件成本、动作速度、耐受过渡电阻能力等方面的突出优势。     

基于S变换行波能谱矩阵相似度的柔性直流单端保护方案

针对现有柔性直流线路保护耐受高阻、噪声干扰、区内远端高阻故障拒动等问题,提出一种基于行波能谱矩阵相似度的柔性直流线路单端保护方案。通过分析柔性直流电网限流电感的边界作用,得到区内、区外故障电压行波在时域和频域上的差异,利用S变换,构造能谱矩阵,加大区内、区外故障在能量谱分布上的差异,通过主成分分析法降维,减少样本数据的存储空间。利用归一化互相关系数,获得故障能谱矩阵与故障样本矩阵之间的相似度,构造柔性直流单端保护判据,判别区内、区外故障。考虑了架空线路易遭受雷击的因素,构建雷击干扰识别判据。仿真结果表明,所提保护方案不受故障位置、高阻、噪声干扰等影响。     

多端柔性直流电网线路故障暂态等值电路及暂态特征分析

线路保护问题是柔性直流电网进一步发展的瓶颈，故障后的等值电路及暂态特征作为线路保护的理论基础亟待系统性分析。该文利用换流器与输电线路的暂态模型和故障点的边界条件，建立线模–零模解耦后的暂态等值电路，得到故障行波传递到故障线路端口、直流母线和非故障线路端口的传递函数，分析初始故障行波的暂态变化特征。此外，通过分析故障行波在感性线路端口和故障点间的多次折射和反射，得到故障行波在线路端口反射和故障点折射、反射后波形的方向和幅值变化规律，并分析在故障点线模和零模之间的混叠现象。最后，在PSCAD/EMTDC搭建四端仿真模型，通过理论计算值和仿真模拟值的对比分析验证正确性，并分析换流器、限流电抗器等器件参数变化时波形的变化特点。     

基于线性回归的柔性直流电网纵联保护方法

柔性直流电网线路发生故障时,线路保护装置需要快速可靠地切除故障线路以保证非故障线路能正常运行,进而提高输电系统的安全性和可靠性。为此提出柔性直流电网快速纵联保护的线性回归方法。首先分析模块化多电平换流器（MMC）等效阻抗和平波电抗器形成的物理边界对高频分量的衰减作用,其次分析输电线路单极故障和双极故障时的电流回路以及非故障线路的电流流通情况,然后根据输电线路的电压突变的能量作为保护的启动判据,利用短时窗电流的回归系数来进行区内外故障识别和故障选极;最后,在PSCAD上搭建柔性直流电网仿真模型对保护方案进行验证,仿真结果表明,该保护方法能准确可靠地甄别故障,速动性好,具有较好的耐过渡电阻能力和适用性。     

基于故障行波差异性的柔性直流输电线路纵联保护

柔性直流输电对解决大规模新能源的消纳问题具有重要意义,其中行波保护是保障系统安全的关键。然而采用行波幅值比较判据区内外故障的保护对故障前、反行波幅值关系分析并不严谨,行波反射关系式仅在复频域下成立,若将此关系推广到时域中可能影响保护的动作性能,给系统安全埋下隐患。针对这一问题,该文首先从理论上分析行波幅值比较式方向纵联保护的不足,并从区内故障验证出保护失效的边界。为具体揭示故障前、反行波的差异性,该文定量分析电压反行波与电流行波在一定时间内的极性,进而提出一种采用多点均值的电压行波方向识别判据并构成纵联保护。大量仿真结果表明,所提保护能够快速、可靠地识别线路区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻能力与抗干扰能力。     

基于反射系数和模型匹配的柔性直流电网单端量线路保护

针对柔性直流电网线路保护区内远端高阻故障拒动、雷击干扰误动的问题，提出一种基于反射系数和模型匹配的单端量线路保护。首先，根据电压行波反射系数构成方向判据，避免反方向故障或雷击下保护误动；其次，利用电压行波传递函数解析区内短路故障，以及正方向区外故障或正方向雷击下保护处故障电压首行波满足的函数模型，根据故障首行波与基准函数模型之间匹配程度的不同，设计了一种基于模型匹配的识别判据；然后，结合启动判据和选极判据形成完整的单端量线路保护方案；最后，PSCAD仿真结果验证了所提保护方案可靠性高，能耐受500Ω过渡电阻和20 dB噪声。     

基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

直流故障的快速可靠识别是多端柔性直流电网亟须突破的关键技术之一。基于线路边界元件直流电抗器的特征,提出了一种新型的多端柔性直流电网线路边界保护方案。利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,实现故障线路的快速识别;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。该方案仅通过单端直流电抗器的电压即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通信。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性。     

基于电压电流突变量的MMC-MTDC纵联保护方案

作为柔性直流输电线路后备保护的纵联电流差动保护,通过较长延时来防止线路分布电容等问题引起的误动,无法满足保护对于速动性的要求,针对这一问题提出了一套基于电压电流突变量夹角余弦值的纵联保护方案。该方案利用故障发生时,故障与非故障状态下直流线路两端的电压、电流突变量之间的夹角余弦值构造故障识别判据,并利用故障发生时线路正、负极电压的数值差异作为故障极判据,形成了一套完整的纵联保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC）系统仿真模型对保护方案进行验证,结果表明,所提纵联保护方案能够实现在各种故障情况下的故障判别,并且满足直流线路对保护速动性的要求,可以作为直流线路的后备保护。     

面向接地故障辨识的半波长线路测距式超高速就地主保护新原理研究

针对半波长线路主保护面临全线速动性的问题,首先分析由超长线路距离导致的基于双端量纵联保护速动性受通信固有时延的制约和现有就地量主保护原理的局限性。在此基础上,结合波速度差单端测距原理和半波长线路故障传播特性分析,提出一种超高速测距式就地主保护新原理。提出通过比较线模行波和零模行波的到达时差判断故障发生距离的新判据,并结合行波方向判据形成主保护原理,实现线路全长范围内接地故障的准全线覆盖,与现有纵联类主保护相比,动作速度提高了1～2个周波。算例仿真验证了所提保护原理的有效性和优越性。     

基于单端量的柔性直流电网故障识别方案

直流线路故障的快速、可靠识别是基于架空线路的大容量、高电压柔性直流输电系统发展的关键技术之一,因而分析了模块化多电平换流器型高压直流系统直流线路短路故障后线路两端限流电抗器上的电压变化情况,提出了一套仅利用单端暂态量的柔性直流电网故障识别方案。该方案利用低压作为启动判据,利用限流电抗器上的电压变化率大小和极性确定故障区间,利用检测到的零模故障分量的多少确定故障极。在PSCAD搭建了张北四端柔性直流电网仿真模型,并考虑混合式直流断路器动作过程、过渡电阻、限流电抗器和桥臂电抗器大小等对保护方案性能的影响。仿真结果表明：所提出的保护方案能在各种情况下快速、准确识别故障,且无需通信,无需复杂的数据处理和分析,数据采样频率要求低,满足柔性直流输电系统对保护的要求。     

基于突变能量比值的多端柔性直流电网闭锁式纵联保护方案

多端直流电网中的限流电抗器集中配置,直流线路之间边界元件的缺失将使区内、区外故障的辨别变得困难。针对上述多端柔性直流电网,提出了一种基于突变能量比值的闭锁式纵联保护方案。以保护安装处的突变能量作为启动判据检测直流电网中的故障,利用故障前、反行波在换流站两侧的突变能量比值差异构造保护动作判据。双端保护判断完成后,仅需进行逻辑交换即可决定是否执行跳闸。在PSCAD/EMTDC平台上验证了所提保护方案的有效性,仿真结果表明该保护方案能够有效辨别区内、区外故障,并拥有较好的耐过渡电阻能力和抗噪声能力。     

计及主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护

针对传统直流保护原理应用于柔性直流电网中存在可靠性降低、灵敏度下降的问题,提出计及换流器主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护原理.分析了故障电流在换流器电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段的极性特征,进一步构造了改进型故障电流极性特征序列,引入基于斯皮尔曼相关性系数的电流波形特征判别方法,实现柔性直流电网故障区域判别.仿真结果表明,所提保护原理在换流器的电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段均能识别出柔性直流电网故障区域,具备较高的可靠性和灵敏度.     

局部同塔双回直流线路故障行波传播特性及其对行波保护的影响研究

局部同塔双回直流线路分界点各侧的线路段具有不同的耦合特性,结合分界点各侧线路段的相模变换,得到了不同线路段入射分界点时各电压模量行波的交叉折射系数。在此基础上,对局部同塔双回线路不同线路区段发生单极接地故障时的故障行波传播特性及其行波保护动作量进行了定量分析,并比较了其与单回线路及完全同塔双回线路的差异。结果表明:同塔双回线路段的线模1分量与单回线路段的地模分量之间的交叉折射是造成局部同塔双回线路的故障行波传播特性与单回线路及完全同塔双回线路不同的主要原因;就基于模量的行波保护判据而言,局部同塔双回线路行波特性的影响主要体现在线模波变化率,其大小介于完全同塔双回线路和单回线路之间,且与单回线路段的总长度有关。     

基于瞬时功率相平面的柔性直流电网后备保护

基于双端信息的柔性直流电网保护方法具有无需整定阈值、耐受过渡电阻能力强、保护线路全长、可靠性高等优势，可以弥补单端信息保护的缺陷。为实现直流电网线路故障的全范围检测，同时实现后备保护与主保护的协调配合，提出了一种基于故障分量瞬时功率相平面的直流电网线路双端保护方法。首先建立多端柔性直流电网模型，利用回路分析法推导短路故障电流和电压，计算故障分量瞬时功率。然后分析不同故障类型下正负极故障分量瞬时功率的和差特征，分别利用功率差与功率和构造相平面，实现故障区域识别与故障选极。同时通过引入低电压判据，对故障分量瞬时功率重新进行计算，消除线路出口处存在保护死区的问题。该保护方法具有良好的选择性，能够保护线路全长，且具有较好的耐受过渡电阻能力。