基于电压回升比的混合直流线路主保护新原理

由于混合直流输电系统电网换相换流器——模块化多电平换流器（line commuted converter - modular multilevel converter,LCC-MMC） 存在弱边界特性,电网换相换流器（line commuted converter,LCC）侧耐受过渡电阻能力较弱,导致现有的高压直流线路行波保护原理适应性不足。在定量分析直流线路边界特性和故障特征的基础上,针对LCC侧线模电压首行波波头的“尖峰-回落”特征,构建了基于线模首行波电压回升比的主保护新原理。通过计算保护时窗内电压跌落值和回升值之比判别故障区域,并提出了消除保护死区和识别雷击干扰的辅助判据。仿真结果表明,所提方案能在100 μs内实现故障选区,且对采样率、对侧电抗器数值、过渡电阻和雷击干扰等具有较好的鲁棒性,较现有行波保护原理具有明显的性能提升。     

适用于多端直流电网的电压极性比较式行波保护方案EI北大核心CSCD

相较于在直流线路两端配置限流电抗器,多端直流电网(multi-terminal DC power grid,MTDC)在换流站出口安装限流电抗器可在抑制短路电流的前提下减少经济性投资。针对此类拓扑结构下基于边界效应的直流线路保护不再适用的问题,该文分析了多端柔直电网线路故障下行波复杂的折反射现象,推导了线路发生区内外故障时,两端保护安装处测量到的前两个电压行波的表达式,揭示了区内外故障时线路两端的电压行波的极性特征,在此基础上提出了基于电压极性比较的行波保护方案。该方案无需考虑阈值设定和采样不同步的影响,能够可靠识别出区内外故障。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该保护方案的有效性。     

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。     

基于电压行波波形特征的柔性直流输电线路雷击识别方法

柔性直流输电系统的线路主保护速动性要求极高,线路受雷击干扰后引入大量高频暂态信号易引发线路保护误动作。针对此问题,首先根据行波的传播规律分析雷击后线路电压行波特征,得出雷击干扰与故障的特征差异。雷击干扰时,暂态过程中电压行波经线路边界反射后波头极性不发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔大。雷击故障时,电压行波经故障点反射后波头极性发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔小。然后,根据电压行波波形特征差异提出长短窗结合的雷击干扰识别方法。最后,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对所提方法进行验证。结果表明,所提出的雷击干扰识别方案能够快速、可靠、准确地识别雷击干扰与故障情况,不受雷击位置、线路参数、雷电流参数和噪声的影响。     

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。     

高压直流输电线路防雷击干扰保护研究

针对高压直流输电系统需要快速区分区内外故障、雷击干扰时保护容易误动作、双极运行时故障极与健全极难以区分等问题,对其故障特征进行分析,提出了一套防雷击干扰的高压直流输电系统电压行波保护方案。首先,提出了基于小波变换的电压行波极性比较保护,解决了快速准确判断区内外故障的要求。另外,利用暂态电压在不同频带内的能量分布特性,可以准确区分出故障与雷击干扰,同时识别双极系统的故障极与健全极。通过Matlab/Simulink建模仿真,验证了该综合保护方案能够可靠动作,不受故障类型及位置的影响,受故障阻抗影响小,满足高压直流输电线路保护快速、灵敏、可靠的要求。     

输电线路雷击与故障的积分识别方法

针对雷击输电线路产生的暂态信号对行波保护的干扰,提出了一种雷击干扰与短路故障的积分识别方法。在详细分析雷击线路未造成故障、雷击造成故障和短路故障的暂态波形特征的基础上,构建综合识别判据。利用线路扰动后较短的时间内非故障雷击的波形对称性和故障时的波形单调性,分别对时间轴上方和下方的暂态电流波形进行积分运算。其一,根据二者的相对比值大小构成识别故障与非故障性雷击的主判据;其二,利用两个积分值的差构建辅助判据,以提高故障性雷击和非故障性雷击识别的可靠性。EMTDC仿真结果验证了所提积分识别判据的有效性和正确性。     

利用磁环构造配电线路边界的单端量全线速动保护(2):基于电压行波峰值时间的保护原理

以交、直流配电网为研究对象，分析了线路两侧安装磁环后区内、外故障电压行波陡度和峰值时间的差异，提出了基于模电压行波峰值时间的单端量全线速动保护原理，分析了故障类型、过渡电阻、故障初相角、分支线路、中性点接地方式以及雷击等暂态干扰对对判据的影响并提出了相应对策，理论分析、仿真和实验结果表明该文的方法可以可靠识别交、直流配电网线路的区内外故障，具有仅利用单端电压即可保护线路全长、动作速度快、可理论整定的优点。     

基于反行波与信号处理的特高压直流输电线路纵联保护方法

现阶段直流输电线路纵联保护单纯地采用叠加原理,未考虑直流输电系统的强非线性,保护在实际工程中存在适应性问题。针对此问题,提出一种纵联保护新方法。从保护方法的适应性角度出发,提出基于描述函数法的信号线性化处理技术。通过分析直流输电线路区内、外故障发生后一段时窗内反行波的传输特性,发现发生区内故障时,线路两端反行波波形间相似度较高;发生区外故障时,线路两端反行波波形间相似度较低;进而提出一种基于反行波的纵联保护方法,该方法利用Hausdorff距离算法度量线路两端反行波的相似度,构造直流输电线路故障识别判据。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,且在发生高阻接地故障时具有较高灵敏性。     

适配柔直系统快速性及可靠性需求的雷击干扰识别方法

直流线路遭受雷击干扰易导致行波保护等灵敏性较高的主保护误动作。在主保护动作前,可靠区分雷击干扰和短路故障将有效提高主保护的安全性,保障直流系统的安全稳定运行。但对于柔直系统而言,现有雷击干扰识别方法动作速度不足,难以在主保护动作之前判定雷击/故障性质,且在因数据传输异常或噪声干扰条件下出现远偏离实际值的坏数据时,动作性能有待进一步提升。为此,提出了一种具有足够速动性及安全性的雷击干扰识别方法。首先揭示了反向线模电压行波的特征。然后根据所揭示的特征分别提出了基于小波熵相对变化率识别算法的判据以及一种结合中值滤波的线性拟合函数一次项系数大小的判据,二者协同工作实现不同雷击及故障叠加场景下雷击非故障场景的识别与主保护的闭锁,从而有效增强主保护的安全性。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在短至1 ms的时窗内即可在全线范围内完成对雷击干扰的辨识,并具有良好的抗坏数据干扰能力。     

小步长采样的新型直流输电线路行波保护

为解决目前直流线路保护速动性和灵敏性难以同时满足的问题,提出了一种基于小步长采样的新型直流线路保护方案。新型保护以主流的行波保护理念为基础,保证了保护的速动性和实用性,通过使用小步长采样提高了保护的灵敏性。新型行波保护方案以电压变化率判据作为主判据,用于快速、灵敏的故障检测;以电压比判据和电压差判据作为辅助判据,用于保证在雷击线路和极间耦合情况下保护不发生误动作。在PSCAD/EMTDC环境下对新型波保护进行了仿真测试与分析,相关结果表明新型保护同时具有良好的速动性和灵敏性,并且具有较强的抗干扰能力。     

基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现：发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。     

双极高压直流输电线路行波差动保护原理及方案

针对现时保护方案的不足,提出了双极高压直流输电系统直流线路行波差动保护原理和方案。该方案利用直流线路两端反行波的1模分量构造行波差动保护判据,其中行波差动量和制动量分别利用线路整流侧反行波和逆变侧传播来的反行波间的差量及二者之和构成,并利用整流侧电流的零模分量来判断双极运行时的故障线路。仿真结果表明,所提出的保护判据具有更高的灵敏度、可靠性和安全性,最大抗过渡电阻能力提高到500？,并且在各种故障情况下都能够正确动作。     

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。     

特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析

针对实际工程中特高压直流输电线路雷击事件,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC实现雷击特高压线路的小步长仿真,解决了目前仿真方法未能与保护分析工作相适应的问题。主要分析了发生非故障性绕击、故障性绕击以及反击时保护安装处电压、电流的暂态过程,描述各电气暂态量在雷击极与非雷击极的主要特征及区别。结合实际行波保护模型的动作情况,对比非故障性绕击、故障性绕击以及反击下d U/dt判据、DU判据、DI判据在雷击极与非雷击极的响应结果,梳理雷击特高压直流输电线路行波保护判据的响应特性,指出在故障性绕击、反击场景下非雷击极行波保护误动情况是由于线路耦合导致在雷电流波头上升阶段出现非雷击极保护的DU、DI判据满足整定值造成的。最后给出了提高特高压直流系统行波保护雷击可靠性的优化思路。     

基于时域电压比的高压直流输电线路暂态保护方案

针对传统行波保护在高压直流输电线路中耐受过渡电阻能力不足、T区两侧故障线路定位依赖边界元件等问题,以最具代表性的多端混合高压直流系统为例,从数学层面上分别明晰了高压直流输电线路区内外故障和T区故障下的行波特征,进而构造了不同采样周期下的时域暂态电压比判据,以削弱T区和过渡电阻的影响,实现区内外故障识别;利用时域电压比判据,提出了基于单端量保护配合的高压直流输电线路暂态保护方案,实现了高压直流输电线路故障的快速判别以及T区两侧故障线路的准确定位;最后,利用实际工程的电磁暂态仿真模型对所提方法进行详细验证,结果表明,所提保护方案可行且具有较高的灵敏性和可靠性。     

基于柔直电网的暂态量保护方案及配合策略研究

柔直电网中直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对柔直电网的基本架构,在分析直流线路故障对直流线路保护的需求的基础上,引入了基于边界原理的暂态量保护,并进行了适用性分析。通过分析发生直流线路故障时快速跳开直流线路两端的直流断路器必要性,提出在提高测量采样频率和优化判据时间窗的基础上,根据故障反行波能量和前行波能量在功率送端站和受端站的不同特征,对暂态量保护判据进行优化,并给出了直流线路两端配置的保护方案。在此基础上,进一步研究了暂态量保护与直流断路器、直流母线保护相配合的故障清除策略。通过仿真验证了所提策略的可行性。     

基于小波变换的高压直流输电线路暂态电压行波保护

详细研究了高压直流输电线路发生故障后暂态电压行波的能量分布特征,利用小波变换对暂态电压进行多尺度分析,并使用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对直流线路在区外和区内故障、故障性雷击和非故障性雷击等几种典型故障下,直流线路暂态电压在各个小波分解尺度下的能量分布进行了仿真计算。计算结果表明,当直流线路发生不同类型故障时,其暂态电压的低频与高频能量的比值有较大差异。根据这些特征,构成了一种新的高压直流线路行波保护判据。     

基于反行波能量熵比较的母线保护新原理

提出了一种基于反行波能量熵比较的快速母线保护新算法.通过对故障反向行波进行S变换求取能量熵,分析母线各条关联线路能量熵变化特征构建保护判据.当母线内部故障时,各条关联线路反行波S变换能量熵相同;母线外部故障时,故障线路与非故障线路的能量熵存在较大差异,由此建立能量熵比值判据识别母线区内外故障.仿真结果表明,所提母线保护方法能灵敏、可靠的识别母线区内外故障.     

基于暂态电流比值的多端柔性直流电网保护

多端柔性直流电网(multi terminal DC,MTDC)要求直流线路发生故障后在几毫秒内隔离故障线路，如何实现故障线路快速可靠识别是MTDC直流线路保护的难点之一。该文利用区内外故障时保护安装处暂态电流与本侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)故障电流的比值差异，提出了一种基于暂态电流比值的直流线路保护方案。该方法通过测量线路双端电气量来判断故障位置，可以保护线路全长。最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流电网模型，通过仿真验证所提保护方案的可行性与优越性。