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。     

柔性直流输电线路故障定位综述

柔性直流输电线路较长,易发生故障,为了提高线路可靠性,需要准确可靠地故障定位技术进行保护。本文总结了国内外柔性直流输电网故障定位的研究现状,对故障定位原理进行了归类研究,将直流输电线路故障定位方法分为行波法和故障分析法,并分别总结两类方法的优缺点,最后针对当下柔性直流输电线路的故障定位研究现状给出了一些建议。     

基于拟合电流斜率特性的柔性直流配电线路纵联保护方法

光伏、风电等低碳清洁可再生能源和多样化负荷的接入促使直流配电网成为新的研究方向。为提高其供电可靠性,需对配电网系统进行故障特征分析。针对直流故障线路与换流器直流侧电容构成放电回路的前期阶段,提出一种适用于柔性直流配电线路的纵联保护新方法。该方法基于最小二乘法,并以故障电流采样数据拟合曲线斜率的方式,识别故障后直流线路两端电流的发展趋势,进而快速准确地判别直流线路故障。通过PSCAD/EMTDC建模仿真,验证了该方法的有效性及较高的可靠性。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

基于故障电流特征的光伏中压直流输电线路保护研究

光伏中压直流输电系统内部含有的大量电力电子器件使得整体耐压水平不高,在输电线路发生故障时易遭受破坏,需保护快速响应。为此利用故障初期暂态电气量构造了保护判据,该判据利用了以e为底的幂指函数性质对故障电流变化进行统一描述,能可靠识别故障类型,不存在动作死区,具有较好的全线速动能力。最后通过在MATLAB/Simulink进行仿真验证了该保护判据的可靠性,且具有一定的抗外界干扰能力。     

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。     

直流配电网中的线路保护方案研究

故障区段的可靠识别是直流配电网线路保护的难点之一,由此产生相邻线路保护的配合问题,并需防止交流故障后直流保护误动。基于平波电抗器和滤波电抗构成的物理边界的故障区域识别方法,不适用于采用模块化多电平换流器(Modular multilevel converter, MMC)的直流电网。为此,在分析直流线路短路的电气特征后,综合考虑保护配合问题,划分了直流线路保护区域,设计了包含主保护、后备保护在内的直流线路保护方案。为满足选择性要求,直流线路保护采用两端电流方向判断故障位置。最后,搭建光伏直流汇集接入系统及多端直流配电网的仿真模型,验证了该直流线路保护方案的可靠性、选择性和速动性。     

利用单端电流的高压直流输电线路全线速动保护

针对传统直流输电线路单端量保护可靠性差、灵敏度不足的问题,提出一种仅利用单端电流实现直流输电线路全线速动的保护原理。通过对换流站的平波电抗器和直流滤波器所构成电网络的阻抗特性分析发现,对于特定频带而言,区内、外故障时它们所表现出的阻抗特性差异巨大,进而得出区内、外故障时特定频带电流差异显著。该方法对采样频率的要求低,而且具有绝对的选择性,易于硬件实现,可靠性高,具有较大的工程实用价值,可取代现有的行波保护作为直流输电线路的主保护。仿真结果表明,在各种工况下,该原理都可以实现故障极选择,并能快速、灵敏、可靠地区分区内、外故障。     

直流线路行波保护特征量动态特性与整定研究

现有的高压直流输电线路行波保护整定计算缺乏统一适用的方法,保护可靠性有待提高。采用基于EMTDC仿真计算的手段分析了直流线路行波保护各特征量(电压变化率、电压变化量以及电流变化量)在不同种类故障条件下以及非故障扰动条件下的动态响应特点及规律,进而研究了直流线路行波保护各判据所具有的基本功能及其相互间的逻辑关系。在此基础上提出了各判据进行整定计算所需边界条件的确定原则,从而形成了直流输电线路行波保护整定计算的基本方法。基于实际高压直流输电线路参数的行波保护整定算例验证了该整定计算方法具有良好的可靠性和灵敏性。     

（4期已排）±500kV高压直流输电线路单端电气量暂态保护

随着直流输电的广泛应用,直流输电线路保护的研究越来越重要。本文利用直流输电线路两端的平波电抗器与直流滤波器组成的边界元件对高频信号的阻滞作用以及故障电流突变特性构成了高压直流输电线路单端电气量暂态保护新方法。该方法采用单端信息、不依靠通信,动作更迅速。仿真结果表明,保护在各种情况下均能正确动作,耐过渡电阻能力强。     

±800 kV直流线路故障过程中电磁耦合特性与保护研究

为提高直流输电系统运行的可靠性,实现直流线路保护的有效动作,避免误动,必须对直流输电系统的电磁耦合特性进行研究。以云广特高压直流输电工程为研究对象,并参照其线路参数,建立了包含杆塔、输电线路、避雷器、绝缘子串闪络以及换流站内各种设备的仿真模型。采用EMTP,以雷击直流输电线路极导线、一极接地故障后对另一极的影响为具体算例进行仿真计算。对仿真结果进行分析,结果表明在故障情况下,对直流输电线路感应电压影响较明显的是土壤电阻率、极线间距与接地故障位置,而线路运行电压对感应电压的影响不大。比较研究了不同故障过电压仿真结果,对于雷击故障,可以用电压突变量的比值来确定故障极;对于接地故障,用分别对金属性接地和阻抗接地故障波进行小波变换分析的结果作为区分依据。最后,依据故障区分特性,提出了考虑电磁耦合的高压直流输电线路保护判据和保护整定方案,经过验证表明,所提出的保护判据可有效地区分输电线路故障。     

±500kV高压直流输电线路单端电气量暂态保护

随着直流输电的广泛应用,直流输电线路保护的研究越来越重要。利用直流输电线路两端的平波电抗器与直流滤波器组成的边界元件对高频信号的阻滞作用以及故障电流突变特性构成了高压直流输电线路单端电气量暂态保护新方法。该方法采用单端信息、不依靠通信,动作更迅速。仿真结果表明,保护在各种情况下均能正确动作,耐过渡电阻能力强。     

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。     

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。     

基于数字孪生的柔性直流电网纵联保护原理

随着柔性直流输电技术的发展,直流电网越来越受到关注。但是,直流电网故障电流上升速度快,与电力电子的弱过流能力形成突出矛盾。直流线路保护需在数毫秒级完成故障判别,同时还需兼顾选择性、可靠性、灵敏性,极具挑战性。该文提出了基于数字孪生的柔性直流输电系统纵联保护原理,在考虑直流线路参数频变的基础上,建立精确的直流线路数字孪生模型,利用状态估计的冗余特征提升了保护的可靠性,通过比较测量值与估计值之间的差异判别故障。仿真表明,所提保护方法可快速可靠地判别区内、外故障,并具有较好的耐受过渡电阻和抗干扰的能力。     

基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护

全-半混合型柔性直流输电系统具有故障自清除能力,能在一定程度上解决因高压直流断路器技术滞后导致的柔性直流输电容量提升困难问题,是新能源发电大容量远距离输出的解决方案之一。但全-半混合型柔性直流输电对保护时间提出了更高要求,需要在更短时间内实现故障识别。该文基于能量观点分析了直流线路故障下桥臂功率特征,提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护方法,能够在1 ms内识别直流线路故障,实现故障选极。最后,通过大量实时数字模拟（RTDS）实验验证了该方法的可靠性高、选择性好,且具有较强的耐过渡电阻能力和抗干扰能力。     

特高压混合多端直流线路保护配置与配合研究北大核心

特高压多端混合直流可提供更大容量、更经济和更灵活的输电方式,并兼顾了常规直流和柔性直流的技术优势。特高压多端混合直流与两端直流保护系统相比,在线路保护方面差异最大。采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器,具有直流线路故障自清除特性,因此对直流线路故障的处理要求也不同于采用半桥结构的多端柔性直流系统。基于特高压混合多端直流输电系统对线路故障处理的需求,分析了该系统直流线路保护的关键问题,并提出了直流线路保护配置方案和直流线路保护的配合策略,最后基于PSCAD/EMTDC仿真模型验证了所提出方案的可行性和有效性。     

基于希尔伯特-黄变换的高压直流线路行波保护

为了提高直流输电线路保护的动作可靠性和准确性,采用希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换分析了故障下行波波形,结合直流线路低电压等综合判据构成了一种直流输电行波保护新方案。该保护能利用对信号的经验模态分解更准确地提取故障行波特征,然后通过求行波信号高频固有模态函数分量的瞬时频谱分析提取故障特征、形成故障判据。该保护原理不但具有传统行波保护的所有优点,还具有抗干扰能力,可以用于捕捉直流输电线路故障时的行波头到达时间,对于直流输电故障定位具有一定实用价值。实际故障录波及仿真验证表明,该保护可以保证区内高阻接地正确动作.且在逆变侧交流短路故障或换相失败时不误动。     

混合直流输电线路电流暂态量保护方法研究

混合直流输电线路的拓扑结构与常规直流输电系统有很大的不同,现有的线路保护不能很好地满足其速动性和选择性要求。以昆柳龙直流工程为研究背景,基于短时傅里叶变换提出一种单端混合直流输电线路电流暂态量保护方法。该方法根据换流器直流侧故障电流增大量判断是否启动保护;根据短时傅里叶变换和时频谱分析判断故障是否发生在区域内;当故障发生在保护范围内且方向判别元件满足要求时保护动作。     

利用滤波器支路电流的高压直流输电线路全线速动保护

为提高直流输电线路单端量保护的可靠性和灵敏度,提出一种利用单端直流滤波器支路电流的输电线路全线速动保护方法。对系统非故障运行时滤波器支路谐振频率电流进行了理论分析和仿真验证;对区内、外故障直流滤波环节阻抗特性及滤波器支路电流进行了研究。分析研究发现,在区内、外故障时滤波器支路特定频点电流差异巨大,并且相对于很小的滤波器支路正常运行电流,故障电流变化明显,易于互感器检测,提高了保护灵敏度及可靠性。利用滤波器支路特定频点电流实现全线速动保护,对采样频率的要求低,易于工程实现。仿真结果表明,该原理能快速、灵敏、可靠地实现区内、外故障判别。