基于行波主频率跃变的柔性直流电网自适应重合闸策略

高压直流架空输电线路受外界环境的影响,发生瞬时性故障概率较高.研究适用于直流系统线路故障后的快速恢复策略对保障电网的可靠运行具有重要意义.多端直流系统多采用直流断路器实现线路故障的隔离与恢复,但现有直流断路器重合闸策略存在重合于永久性故障时对直流系统造成二次冲击的问题;此外,该类方法均需配置固定延时的去游离.针对上述问题,提出了一种可识别故障性质与故障消失时刻的自适应重合闸策略.揭示了不同故障性质下行波传播主频率的变化特征;研究了行波在故障端口不同模域间的交叉传播机理,结合相模变换,论证了基于相域电压行波识别故障性质的可行性;提出了适用于配置直流断路器的柔性直流输电系统线路故障自适应重合闸策略,分析了影响该算法的相关因素,包括故障电阻、燃弧间隙长度以及噪声,并在PSCAD/EMTDC中验证了该算法的有效性.     

风电场110kV单回送出线主动探测式三相重合闸方法

风电场110 kV单回送出线因故障而三相跳闸后,输电线路电磁能量迅速衰减,给故障性质识别带来了很大困难,且风电场失去与系统连接后处于孤岛状态,由于功率阻滞,孤岛系统的电压、频率迅速失稳导致切机。提出利用风机变流器向送出线注入低电流实现故障性质识别的方法,在风电机组切机后,先闭合一台风机主断路器和送出线靠近风电场一侧的断路器,短时导通风机网侧变流器电力电子器件,使得其直流侧电容向交流线路放电,利用电流积分特征构造保护判据实现故障性质识别,并提出风电场110 kV单回送出线主动探测式三相自适应重合闸方案。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了故障性质识别和主动探测式重合闸方案的正确性。     

基于模型校核的柔性直流输电线路自适应重合闸方案

为解决柔性直流输电线路常规自动重合闸盲目合闸的问题,有必要研究断路器合闸前识别故障性质及熄弧时刻的自适应重合闸方案。首先,考虑线路分布式参数及参数的频变特性,在分析Marti模型的基础上,得到线路两端电压电流与行波间的时域表达;其次,基于模型校核思想,将无故障模型作为计算模型,当故障消失时实际模型与计算模型相匹配,而故障未消失时实际模型与计算模型不匹配;最后,利用Pearson相关性对上述差异进行提取,提出一种适用于柔性直流输电线路的自适应重合闸方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的有效性,以及相较于自动重合闸方案和现有自适应重合闸方案的优越性。     

基于电容电压的并补输电线路自适应三相重合闸策略

并补的储能特性会增大三相跳闸后二次电弧持续时间的不确定性,尤其对于高阻故障而言,线路残余电气量衰减速度过快,将严重影响已有故障性质判据的可靠性,甚至导致线路重合失败。针对上述问题,摒弃以往以线路残余电气量为依据的思路,利用预充电电容对线路放电,根据电容放电电压变化特性判定线路故障类型。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果表明,在不同故障类型、故障位置、过渡电阻下,所提自适应三相重合闸策略均能保证其判定准确性。     

计及换相失败的输电线路单相接地故障熄弧时刻识别

针对含直流馈入交流输电线路单相跳闸后换流阀换相失败导致重合闸判据失效的问题，提出基于故障相时移电压能量比的熄弧时刻识别策略。首先，基于换流器开关函数理论，研究逆变侧换相失败时换流阀两侧电压电流相互作用关系。然后，对带并联电抗器交流故障相端电压特征进行分析，得到熄弧前后的电压幅值波动差异。最后，计算故障相电压能量分布，利用时移电压能量比确定单相接地故障二次电弧熄弧时刻。在PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了所提识别策略的有效性。     

基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术

为避免柔性直流系统重合于永久性故障,造成二次过流冲击从而威胁系统安全,需采用预先判断故障性质的重合闸方法以确保系统的有效重启和可靠恢复。针对配置有混合式直流断路器的架空线柔性直流输电系统,提出一种基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术。首先,提出直流限流电路拓扑结构并分析其工作原理,该拓扑由限流单元、吸能单元和故障性质判别单元组成,与混合式直流断路器串联接入直流线路。此后,结合故障发展过程,理论计算各阶段故障暂态电流、暂态电压的表达形式,并提出直流限流电路各元件的参数选择依据。最后,在PSCAD平台搭建系统模型并进行故障仿真,仿真结果表明所提自适应重合闸技术能准确判断故障性质,并具备较好耐过渡电阻能力。     

基于级联全桥型直流断路器的直流配电网自适应重合闸方案

柔性直流配电网是配电系统的重要发展方向,可以采用电缆和架空线2种方式组网。鉴于架空线路瞬时性故障多发的特点,基于架空线的柔性直流配电网应配备有效的自适应重合闸方案,以提高供电可靠性。为实现这一目标,从断路器线路端电压与电流的相位差异特征出发,提出一种基于级联全桥型直流断路器控制的自适应重合闸方案。首先,通过断路器转移支路的主动控制产生一定频率的故障检测电压;进而,根据断路器线路端电压电流在对应频率下相位特征的差异,区分瞬时性和永久性故障,并进一步分析了过渡电阻等因素的影响;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了柔性直流配电网模型,验证了所提自适应重合闸方案的可行性和有效性。     

一种主动探测式的配电网相间重合前永久性故障判别方案

针对配电线路相间故障后采用自动重合闸存在重合于永久故障的问题,提出一种采用附加电容的主动探测式配电网相间重合前永久性故障判别方案。通过预充电的附加电容多次定时限投切到跳闸后相间回路,利用三个相间回路放电电流衰减特性进行故障回路状态鉴别。任一回路放电电流衰减特性与其他回路放电电流衰减特性存在较大差异时,则该相间回路存在故障。附加电容多次投切到该故障回路,判别周期内放电电流衰减特性高度一致则认为是相间永久性故障。依据前述相间回路放电电流衰减特性的差异,建立了永久故障识别判据及实现方案。PSCAD的仿真验证表明,所提方案能够在不同故障位置、不同过渡电阻情况下准确地识别线路相间永久故障,有助于避免配电网相间故障重合闸动作的盲目性。     

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。     

消除模糊区的同杆双回线自适应重合闸

常规单相重合闸方式无法识别线路瞬时故障与永久故障,当重合于永久故障时,将对系统或相关设备增加一次冲击,并有可能导致直流换相失败。文中提出了一种仅需本回线信息的同杆双回线自适应重合闸判据,工程实用性强。该判据采用故障相故障点恢复电压,通过线路电容参数和多种故障类型下电容耦合电压的大小关系实时计算动作门槛,消除由线路电容参数和故障类型造成的故障性质判别模糊区;引入辅助判据,合理设置重合闸时间,消除由异名相跨线不接地故障造成的模糊区。仿真实验表明文中提出的自适应重合闸判据适用于同杆双回线可能出现的多种故障类型。     

基于自定义差分电流的MMC-HVDC输电线路纵联保护

为可靠检测模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电线路故障并实现故障选极,提出一种纵联保护新原理。基于MMC-HVDC系统自身特点,综合使用两端换流站不同极线路电压量和电流量构造保护特征量——自定义差分电流。分析研究表明,直流侧故障时的自定义差分电流绝对值明显大于系统正常运行和交流侧故障时的自定义差分电流绝对值;直流侧正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障时自定义差分电流正负性不同。根据此特征,构造纵联保护判据来识别直流侧故障并完成故障选极。仿真结果表明,该原理在一定故障条件下可快速可靠地识别直流线路故障并实现故障选极。     

基于快速重合闸的多端直流配电网极间故障隔离恢复策略

为快速识别并隔离直流极间故障、实现多端直流配电网的极间故障快速恢复,提出了一种基于直流断路器快速重合闸的故障隔离恢复策略。研究了由半桥式模块化多电平换流器组成的环形多端直流配电网极间故障暂态特性,并结合目前典型的保护配置、故障选线及控制方法,形成一种基于直流断路器重合闸的控制保护一体化协调配合策略。各保护区内的快速保护检测到故障后立即闭锁换流器、跳开直流断路器以快速隔离故障;控制保护一体化装置获取故障定位信息后,重合非故障区域内已经跳开的直流断路器、解锁已经闭锁的换流器,在新拓扑结构下实现直流极间故障的快速恢复。最后在PSCAD/EMTDC软件下搭建了六端柔性直流配电网仿真模型并测试了极间故障隔离及恢复特性,验证了所提方案的可行性。     

一种具备直流故障清除能力的新型MMC子模块拓扑

当基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流线路发生短路故障时,传统半桥子模块存在无法通过闭锁阻断直流故障电流的问题.对此,提出一种具备直流故障清除能力的基于半桥的五电平新型子模块(FLHBSM)拓扑.FLHBSM与传统半桥子模块具有相同的控制结构,并具备了直流故障清除能力.相比其他具备...     

Fault identification scheme for protection and adaptive reclosing in a hybrid multi-terminal HVDC system

A fault identification scheme for protection and adaptive reclosing is proposed for a hybrid multi-terminal HVDC system to increase the reliability of fault isolation and reclosing. By analyzing the "zero passing" characteristic of current at the local end during the converter capacitor discharge stage, the fault identification scheme is proposed. The distributed parameter-based fault location equation, which incorporates fault distance and fault impedance, is developed with the injection signal and the distributed parameter model during the adaptive reclosing stage. The fault distance is determined using a trust region reflection algorithm to identify the permanent fault, and a fault identification scheme for adaptive reclosing is developed. Simulation results show that the proposed scheme is suitable for long-distance transmission lines with strong anti-fault impedance and anti-interference performance. Also, it is less affected by communication delay and DC boundary strength than existing methods.     

基于突变量能量波形特征的特高压直流输电线路单端保护方法

从提高特高压直流输电线路保护可靠性的角度出发,提出一种基于突变量能量波形特征的特高压直流输电线路单端保护方法。利用叠加原理分析故障后突变量能量,发现系统正常运行时,突变量能量为零。直流输电线路发生故障后,突变量能量具有明显变化,据此构造直流输电线路保护启动判据。进一步分析直流滤波器和平波电抗器对突变量能量波形的影响,发现二者的平滑作用使能量分散造成波形变缓,利用标准差系数刻画突变量能量波形的波动特性,据此构造直流输电线路区内、外故障识别判据。利用正、负极标准差系数之比构造故障选极判据,进而实现故障极全线速动保护。仿真结果表明,该保护方法能可靠地区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长。     

特高压直流近区交流输电线路智能重合闸策略

提出了一种特高压直流近区交流输电线路智能重合闸策略,避免重合于永久性故障带来的二次冲击,从而避免直流连续换相失败和直流闭锁事故,提高特高压交直流混联系统的安全稳定性.分析了现有基于电压特征的永久性故障判别算法的不足,提出了基于故障测距结果的双参数故障判别算法.而后在计算交流侧安全裕度指标和直流侧安全裕度指标的基础上,建...     

MMC-HVDC物理模拟系统的控制器架构设计

相比传统直流输电,模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制系统的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。为研究物理控制器的设计方法,文中首先设计了MMC-HVDC物理模拟系统的主系统结构与电气参数,然后重点研究了分层的MMC-HVDC控制系统架构,运行人员控制系统(上位机)、极控制和保护系统、阀基控制器、子模块控制保护单元等由高到低构成了完备的控制体系,确立了各控制层之间的通信方式与内容,开发调试了控制系统程序。最后,进行了MMC-HVDC物理模拟系统的系统实验。实验表明控制系统可以有效地实现物理模拟系统的启停、子模块电容电压平衡、基本的故障保护以及直流电压与功率的控制。     

含混合型MMC的四端柔性直流电网改进自适应重合闸策略

柔性直流电网是进行大规模新能源远距离架空线传输的重要技术手段。但架空线比直流电缆更容易发生瞬时性短路故障,待故障消失后需迅速重合闸。若直流电网发生永久性故障,常规基于换流器主动信号注入的故障性质判别方法易对直流电网的稳定运行产生较大干扰。针对上述问题,提出一种基于混合型模块化多电平换流器（MMC）主动信号注入的柔性直流电网改进型自适应重合闸方法,在混合型MMC极控制器中附加主动信号控制,使柔性直流电网在不中断功率传输的前提下实现故障性质辨识。此方法具备较强的耐过渡电阻能力,且不影响柔性直流电网功率传输的稳定性。在PSCAD/EMTDC搭建了混合型MMC四端柔性直流电网的电磁暂态模型,通过仿真验证了该方法在配备混合型MMC和机械式直流断路器的柔性直流电网中的有效性。