基于高频分量的高压直流输电线路单端保护方法

输电线路是高压直流输电系统中故障率最高的元件。针对现有输电线路行波保护耐过渡电阻能力差,存在难以识别区内高阻故障和远端区外金属性故障的问题,提出了一种高压直流输电线路单端保护方法。基于高压直流输电系统拓扑,分析了高压直流输电线路区内和区外故障电流的特征,从而利用小波变换提取高频分量电流构建保护方法。仿真结果表明,该方法不受过渡电阻、故障距离影响,保护可靠性高。     

实用的半波长输电线路纵联差动保护

半波长输电线路电气特征的时空特性导致传统基于集中参数的纵联差动保护无法应用于半波长输电线路。为此,提出了一种实用的基于波动方程的半波长输电线路纵联差动保护。通过特殊的同步点数据选择,提升了动作速度,构建制动电流,提升区外故障安全性,并通过设置2段相电流差保护和零序电流差动保护,提升了保护灵敏度。开发了基于该原理的纵联差动保护装置,并搭建了基于实时数字仿真系统的特高压半波长输电线路仿真模型。仿真结果表明,通过同步点数据选择能提升保护速动性,设置的制动电流能提高区外故障安全性,设置的2段差动保护和零序差动保护能提升保护灵敏性。     

基于高压直流输电线路分布参数模型的模态电流 差动保护算法

高压直流输电传输线分布电容电流会造成电流差动保护无法立即区分区内外故障,为避免保护误动作需要增加保护时间延迟和阈值,大大降低了电流差动保护的动作速度和灵敏性。为了使电流差动保护不受传输线分布电容电流影响,在基于传输线分布参数模型上考虑了正负极线路耦合特性,提出了适用于高压直流输电线路的模态电流差动保护算法。该算法以共模补偿电流作为故障识别依据,以差模补偿电流作为故障选极依据。该模态电流差动保护算法在故障期间可以进行故障选区和故障判极,且灵敏度高、动作速度快。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该保护方法的可行性和有效性。     

带并联电抗器的时域电容电流补偿算法

电容电流使特高压输电线路电流差动保护性能变差,采用常规的电容电流补偿算法,虽对电容电流进行了补偿,但仍存在线路区内故障时受故障点影响导致补偿不精确的问题。为此,提出了一种基于故障测距的时域电容电流补偿算法。该补偿算法利用了故障暂态特性,能补偿部分暂态电容电流,可在不提高动作电流门槛值的情况下保证电流差动保护的可靠性。对1 000 k V带并联电抗器的特高压输电线路采用该算法进行仿真,对电容电流进行了精确补偿,在保证区外故障可靠性的同时,大大提高了区内故障时的灵敏度,验证了该算法的有效性和正确性,可作为特高压输电线路电流差动保护的补偿算法。     

基于计算电阻的高压直流输电线路纵联保护

针对传统高压直流输电线路纵联电流差动保护受线路分布电容影响大、可靠性差的问题,提出一种基于计算电阻的纵联保护方案。利用线路两端故障电压电流的直流分量计算线路的计算电阻,区内故障时,该值相对较小;区外故障时,该值很大。以此为基础,提出了根据故障极与健全极线路上计算功率的差异实现准确选极的方案。该方案对采样率要求低、整定简单明确且不受分布电容电流的影响。理论分析和大量仿真结果表明,该保护选择性好,可靠性高,对高阻接地故障有足够的灵敏性。RTDS试验和现场故障录波数据有效验证了其性能。     

特高压长线路电流差动保护自适应电容电流补偿方法

分析了线路电流差动保护中两端各补偿一半电容电流的传统补偿方法,指出该方法在区内故障时存在受故障点影响补偿不精确、降低灵敏度的缺点.提出了一种自适应电容电流补偿方法,在保证相同的区外故障可靠性基础上,大大提高了区内故障的灵敏度.对一条1000 kV线路故障和电流差动保护进行了仿真试验,证明该自适应补偿方法的有效性和正确性,适合作为特高压输电线路电流差动保护电容电流补偿方法.     

利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电控制系统复杂,故障承受能力差,线路保护装置动作正确率不高。文中提出了一种利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该原理将区外故障等效为正的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为1;将区内故障等效为负的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为-1。通过判别相关系数的正负,即可区分区内、区外故障。在实际运行中,VSC-HVDC输电系统多为双极运行,为降低极间电磁耦合的影响,采用了1模和0模量构成判据。理论分析和PSCAD仿真实验表明,新原理无需补偿输电线路电容电流,原理简单、易于整定,不受过渡电阻和控制特性的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障。     

特高压长线路电流差动保护自适应电容电流补偿方法

分析了线路电流差动保护中两端各补偿一半电容电流的传统补偿方法,指出该方法在区内故障时存在受故障点影响补偿不精确、降低灵敏度的缺点。提出了一种自适应电容电流补偿方法,在保证相同的区外故障可靠性基础上,大大提高了区内故障的灵敏度。对一条1000 kV线路故障和电流差动保护进行了仿真试验,证明该自适应补偿方法的有效性和正确性,适合作为特高压输电线路电流差动保护电容电流补偿方法。     

基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。     

半波长输电线路差动电流分布特征及差动保护原理适应性研究

针对现有电容电流补偿方法不适用于半波长输电线路电流差动保护,且差动点的选取影响电流差动保护的动作性能的问题,从理论上研究了各种故障方式下半波长线路故障点位置与电流差动点变化后沿线差流的分布特征,研究结果表明,当故障点与电流差动点相差1500km时,故障相差动电流最小,电流差动保护灵敏度最低;非故障相差动电流最大,电流差动保护可靠性最低。当故障点与电流差动点一致时,故障相差动电流最大;非故障相差动电流接近0。同时对差动保护原理在半波长线路上的适应性也进行了分析,分析结果表明对于半波长线路现有电流差动保护已不能适用,除需要对差动点进行预估外,还需要定制专有的差动保护原理。     

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理

特高压直流输电线路长、发生故障概率大,其常规纵联电流差动保护的快速性较差且耐受过渡电阻能力有限。相关系数可定量描述两个变量的变化趋势,且不受变化幅度影响。为此,首先立足直流线路故障暂态特性,利用两端电流和、差计算相关系数,构造了判据特征量。其次,基于判据特征量在区内、外故障的不同特性,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,耐受过渡电阻能力和快速性优于常规纵联电流差动保护;且对信道要求低,利于工程应用。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了新原理的有效性。     

基于EMD与Spearman相关系数的混合直流线路纵联保护方法

混合直流输电系统兼备常规直流以及柔性直流的优势,是直流系统发展的必然趋势。现有直流差动保护易受线路分布电容的影响,纵联保护依赖于边界条件,在混合直流输电系统中适用性差。针对以上问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)与斯皮尔曼(Spearman)相关系数的混合直流线路纵联保护方法。在分析故障电流增量的极性特征、考虑分布电容影响的基础上,首先对线路两端故障电流信号进行镜像延拓,通过EMD提取表征电流变化方向的残余函数,再计算残余函数的Spearman相关系数,以此识别线路内外部故障。该方法不受分布电容影响、不依赖于边界条件。通过仿真验证,所提保护方案动作速度快、可靠性高,且具有较强耐受过渡电阻与抗噪声干扰的能力。     

基于零序差动阻抗的输电线路保护新原理研究

针对现有的输电线路光纤纵联差动保护原理易受分布电容电流影响较大,且要求线路两端信息的严格同步的问题,研究了一种基于双侧信息的零序差动阻抗保护原理。给出了零序差动阻抗的定义为线路两端零序电压与零序电流比值之和。由理论分析可知区内故障时零序差动阻抗为两侧系统零序阻抗和的负值,阻抗位于第三象限,区外故障时零序差动阻抗为线路的阻抗,阻抗位于第一象限。根据零序差动阻抗的阻抗角构成保护判据。在PSCAD中搭建模型进行仿真实验,实验结果表明,零序差动阻抗保护原理不受对地电容电流和过渡电阻的影响,适用于带并联电抗器补偿的线路和弱馈电系统,并不要求两侧信号严格同步。     

基于5G授时的配网差动保护数据同步方案

在配网中实现基于5G通信电流差动保护的关键技术之一是区段两端电流数据的同步问题。分析现有数据同步方法应用于5G电流差动保护的适应性;介绍5G协议中时间同步指标及实现架构;在此基础上,提出利用5G通信中的高精度时间信息实现数据同步的实用化路线。在该路线中,设计一种基于5G信号参数的基站授时方案;给出两种适用于配网电流差动保护的对时信号;最后提出基于B码对时信号的电流差动保护数据同步方法并分析其误差。理论上所提方案可实现线路两端时间同步偏差不超过20.8μs,对应两侧电流相角偏差不足0.5°,完全满足电流差动保护要求。     

基于贝瑞隆模型的线路差动保护实用判据

推导出了基于贝瑞隆模型的差动判据在三相耦合线路区内故障时的故障相差流和非故障相差流表达式,并在此基础上,提出一种新的基于贝瑞隆模型的实用判据,新判据在区外故障时能完全补偿暂态和稳态电容电流,区内故障时灵敏度高、允许过渡电阻能力强。仿真结果表明分析正确、新判据可靠。     

基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护

传统工频原理距离保护易受风电系统故障特征的影响,基于集中参数模型的时域距离保护原理较适应于风电系统送出线。但考虑到该原理忽略分布电容的影响,当故障发生在风电系统长距离送出线时,可能造成距离I段保护发生暂态超越现象。因此,提出一种基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护原理。基于分布参数模型,通过保护安装处的电压、电流时域信息求得距离I段整定处的电压、电流时域信息,代入时域故障测距方程中,求得整定点与故障发生处的故障距离。通过与距离I段整定距离求和获得故障测量距离,实现保护动作。仿真结果表明,该原理不受长距离送出线分布电容的影响,具有较强的抗过渡电阻性能,优越于基于集中参数模型时域距离保护。     

输电线路虚拟有功功率差动保护

有功功率差动保护在消除线路分布电容影响、应对高阻故障等方面独具优势,但近处金属性故障时的性能缺陷限制了其实际应用。为解决此问题,文中依据叠加原理,提出了虚拟有功功率的概念,并对内、外部故障时线路两端虚拟有功功率的特征进行了分析。以此为基础,提出了分相虚拟有功功率差动保护动作判据,并对其动作特性进行了定性分析。借助PSCAD搭建500kV输电线路模型,全面仿真和评估了不同故障位置、故障类型、过渡电阻、无功元件调整、非同步数据等多种因素对保护方案的影响。理论分析及仿真结果表明,该保护方案可准确辨别故障区间且近处金属性故障无死区,耐过渡电阻能力较强,数据交换量少,同步要求低,无需电容补偿措施。     

基于电流微分状态量的直流配电网分布式区域保护

针对现有直流配电网单端量保护选择性差、多端量保护速动性差、数据同步要求高等问题,提出一种基于电流微分状态量的直流配电网分布式区域保护方法。该方法以负荷分支公共接入点为分界对直流线路进行区域划分,利用电流微分作为故障暂态特征量,相邻保护装置交换电流微分状态字的信息进行故障类型判定与区域定位,实现故障的快速定位与隔离。该方法只需要相邻保护装置交互故障电流微分状态信息,不需要严格的数据同步,可用于双端或多端直流配电网。仿真结果表明,所提保护方法具有较好的速动性与选择性,且具备一定的耐受线路分布电容和过渡电阻能力。     

光纤纵差保护的应用及灵敏度的提高

结合广东省电力系统近年来光纤差动保护的实际运行情况，分析了影响传统分相式全电流差动原理保护装置和和灵敏度的各种因素：负荷电流、线路分布电容电流、制动系数k和TA特性，提出了一种利用相电流突变量构成分相式突变量差动保护，利用两端零电流构成零序差协后各保护新方案，即利用相电流突变量保护相间故障和接地故障，将零序差动保护作为高阻接地故障的后备保护手段，并对所提方案进行了理论分析。