基于混合型MMC主动信号注入的直流故障自适应重合闸方法研究

采用架空线的柔性直流输电系统是解决大规模清洁能源并网外送的有效方案,但架空柔直系统发生瞬时性直流短路故障概率较大,需配置有效的快速重启方法以增强架空柔直系统的利用率。常规的故障重启方法在重合闸于永久性故障时,会对柔直系统中的关键设备产生二次过电流冲击,甚至会损坏某些关键设备,也降低了直流电网的利用率。该文提出一种基于混合型MMC主动信号注入的直流故障自适应重合闸方法,通过在混合型MMC极控制器中加入故障性质辨识控制模式,在故障隔离后向直流系统主动注入特征信号进行故障性质判别,避免重合闸于永久性故障,提高系统安全性。该方法抗噪声干扰能力强,具有较好的工程应用价值。在PSCAD/EMTDC平台搭建含耦合型机械式直流断路器的混合型MMC直流输电系统的电磁暂态模型,仿真验证所提方法的正确性和有效性。     

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。     

柔性中压直流配电网线路加速纵联保护

分布式能源蓬勃发展和城市直流负荷快速增长,进一步夯实柔性直流配电网在城市的重要地位.文中以四端柔性中压直流配电网为研究对象,针对架空线频发的瞬时故障,提出具有速动性工程需求的加速纵联保护方案.该保护方案由启动方案、重合闸后瞬时性故障判别、永久性故障类型和故障区域识别组成.为降低加速保护第1次动作造成的误动,设计启动方案用于避免干扰、断线和功率翻转等情况.直流断路器在故障后1～2 ms内启动跳闸,确保换流器中电力电子器件不受破坏且故障后不闭锁.重合直流断路器后识别为永久性故障时,利用重合后的电压电流故障信息,准确识别出故障类型和故障区域.在PSCAD上搭建四端直流配电网进行大量仿真测试,仿真结果表明所提加速保护方案可靠有效.     

一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器

当柔性直流电网中的直流线路发生短路故障时,混合式直流断路器可以快速切断故障电流,从而实现故障隔离。然而,传统的混合式直流断路器的主断支路需要串联大量的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),使得经济成本较高,并且现有的混合式直流断路器多不具备故障性质判别能力。为了解决混合式直流断路器的成本高以及盲目重合闸问题,该文设计了一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器。该断路器通过预充电电容电压与避雷器动作电压配合,降低了避雷器的动作电压,从而减少了避雷器两端并联的IGBT数量。此外,该断路器利用永久性故障和瞬时性故障情况下充放电支路中电流幅值的差异,实现了自适应重合闸。该文首先介绍了所提混合式直流断路器的拓扑结构及工作原理,然后对故障发展过程进行分析计算并给出了断路器元件参数和数量设计的方法,最后在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流输电系统进行仿真验证,并与现有相关方案进行了性能与经济性对比,表明了该文方案具有较好的综合性能。     

基于暂态特征的配电线路自适应重合闸仿真研究

当重合于永久性故障时,断路器要连续切断两次短路电流,这会降低断路器的寿命和开断能力.文中提出在配电线路重合前投入预充好电的电容器的自适应重合闸方案,通过判别电容放电电压电流的暂态特征,来区别故障是永久性故障还是瞬时性故障,永久性故障时闭锁重合闸,瞬时性故障开放重合闸.仿真分析了各种工况时方案的可行性.     

基于改进直流断路器注入信号的柔直电网自适应重合闸方案

采用架空线路的柔性直流电网容易发生瞬时性故障,需要配置快速、可靠的重合闸方案。常规的自动重合闸方案缺乏对故障性质的预判,而基于换流器注入信号的故障性质判别方法不利于多端直流电网的功率传输。针对上述问题,提出一种适用于混合式直流断路器的RCT型缓冲电路（由电阻、电容、晶闸管构成）,增加主动信号注入模式来实现自适应重合闸,避免信号产生过程对多端直流电网功率传输的稳定性造成影响。在此基础上,详细推导限流电抗器的衰减作用,合理选取注入电压脉冲的宽度;进一步提出基于行波保护信息的注入信号幅值自适应调整策略,提高故障性质判别方法的耐受过渡电阻能力。大量仿真算例验证了所提重合闸方案的可行性和优越性。     

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.     

基于电流差动的双端带并联电抗器输电线路三相重合闸永久性故障判别

提出一种基于分相电流差动原理的双端带并联电抗器输电线路三相重合闸永久性故障判别方法。该方法以并联电抗器电流为已知量,利用时域方法补偿电容电流。输电线路发生故障且两侧断路器跳开后,利用电流差动原理对两端并联并联电抗器各相电流进行比较。瞬时性故障时,两侧各相并联电抗器电流之差为0;永久性故障时,两侧故障相并联电抗器电流之差远大于0。据此实现永久性故障识别。大量EMTP仿真表明,该判别方法能够有效识别永久性故障和瞬时性故障,能够可靠实现两端带并联电抗器输电线路的三相自适应重合闸。     

基于主动注入的柔性直流配电网故障定位

柔性直流配电网中换流站难以耐受双极短路冲击电流，在1~2 ms内闭锁，提供给故障定位的有效信息少，定位精度差。因此，提出了一种基于DC/DC主动注入的柔性直流配电网的故障定位方法。在换流站均闭锁的情况下，金属性故障解锁配网首端DC/DC换流站，非金属型故障先后解锁首末两端DC/DC换流站，然后提取电压电流数据进行故障定位。该故障定位方法考虑了换流站因快速闭锁无法提供有效暂态信息的问题。利用DC/DC换流站高压侧支撑电容对注入信号的电气特征响应，即可实现故障区段区别。此外，该方法不需要额外的注入设备且适用于单一MMC换流站的网络，原理简单可靠且定位精度高。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电网，验证了所提故障定位方法的可行性。     

基于等值阻抗相位特征的带并补电抗线路单相自适应重合闸故障识别方法

针对交直流混联系统交流输电线路故障后盲目重合于故障引发直流换相失败的问题,提出一种利用故障相等值阻抗相位特征识别故障性质的单相自适应重合闸方案。瞬时性故障时故障相线路侧等值阻抗主要由对地电容组成,阻抗呈容性且熄弧瞬间阻抗相位变化显著;永久性故障时故障相线路侧的等值阻抗主要由线路自阻抗、对地电容和过渡电阻组成,阻抗呈阻容或阻感特性。因此,以瞬时性故障等效模型为基准模型,采用工频相量快速提取算法计算等值阻抗,利用等值阻抗相位特征差异区分瞬时性故障和永久性故障。大量仿真分析表明,该判别方法适用于带并联电抗器输电线路,可快速识别单相故障性质并确认故障熄弧时刻,减小盲目重合于故障引发换相失败的可能,具有较好的耐过渡电阻能力。     

带并联电抗器的超高压电缆-架空混合线路三相永久性故障识别方法

针对带并联电抗器的超高压电缆-架空混合线路,分析了两相或三相不同性质故障时故障相的残余电压特性,提出了基于差模电压频率测量的相间故障性质识别新判据。混合线路发生故障且两侧断路器跳开后,利用扩展Prony算法快速获取差模电压频率。发生瞬时性故障时,差模电压频率略低于工频;发生永久性故障时,差模电压频率接近于0。基于上述特征可进行瞬时性故障与永久性故障的有效识别,该方法原理简单,且易于实现。大量的EMTDC仿真验证表明,该方法能够有效可靠地实现超高压电缆-架空混合线路的永久性故障与瞬时性故障的识别,且不受过渡电阻、故障位置及电力电缆所占线路全长比例的影响。     

基于固态断路器主动注入式直流故障测距方法

随着直流配电网的快速发展与深化应用,准确可靠的故障测距技术对直流故障检修和恢复至关重要。该文提出一种基于固态断路器（SSCB）主动注入式直流故障测距方法。首先,利用SSCB开断主动注入不同脉冲宽度的信号,并检测注入脉冲首末端和反射波首末端的时间差作为注入波形传播时间间隔,能够减小采样频率带来的误差。然后,提取电缆线路电压线模量作为检测量,削弱正负极线路之间的耦合作用,获得稳定波速。最后,基于小波变换原理提出改进自适应模极大值方法来检测脉冲首末端时刻,减小噪声和过渡电阻对测距精度的影响。仿真结果表明,基于SSCB主动注入式测距方法在直流配电网单极接地和极间短路故障情况下均能够实现准确且快速的定位。     

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。     

脉冲注入法和单端故障行波法相结合的直流输电系统接地极线路故障测距

分析了直流输电系统在单极运行方式下,接地极线路故障暂态行波和外部注入脉冲信号在接地极线路上的传播过程。以此为基础,提出一种将脉冲注入法和单端故障行波法相结合的接地极线路故障测距方案。首先通过在换流站直流中性母线处监测接地极线路故障暂态行波识别线路是否发生故障,在线路故障暂态过程结束后从中性母线向线路注入脉冲信号。根据脉冲注入法得到初步测距结果,并以此确定故障区段。然后,根据确定的故障区段,进一步用单端故障行波法再次获得测距结果。最后,对两次测距结果取平均值,作为最终测距结果。以PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了直流输电系统在单极运行方式下的接地极线路故障测距仿真模型。并借助Matlab对仿真波形数据进行分析,表明所提出的接地极线路故障测距方案是可行的。     

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。     

基于高频保护通道信号的三相自适应重合闸方法

提出了一种用于区分输电线路瞬时性故障和永久性故障的新方法：利用高频通道及其信号区分瞬时性故障和永久性故障，从而实现三相自适应重合闸。通过使用高频通道等传播常数模式理论，对高频电流信号在三相电力线载波通道上的传输特性进行了分析后得知：高频电流在多导线系统中传播时，虽然高频设备只加工于一相，但实际上高频信号是沿着多相导线的相间传播的。对于高频信号在多导线系统中的传播特性，可采用等传播常数模分量法分解为与导线数相等的n组模分量进行分析，且可利用网络关联矩阵的原理对各种故障情况下接收的高频信号进行较为准确的计算。由此提出了利用超高压线路高频保护通道的信号传输特性来判别故障类型的新方案，该方案为解决三相自动重合闸重合于永久性故障的问题开辟了新的思路。仿真与计算结果表明：各种故障情况下接收高频电流信号的特征与基于模传输理论的高频通道计算结果十分吻合；短路故障点位置对高频接收信号几乎没有任何影响。理论分析和大量的EMTP仿真结果显示了该方案的有效性和正确性。     

一种利用行波信号的自适应重合闸方法

电力系统故障、断路器分合、雷电等都能产生行波信号,行波以特定的速度在线路中传播。自动重合闸广泛应用于电力系统中,能有效减少瞬时性故障对电力系统的影响,提高供电可靠性。但当重合闸于永久性故障时,电力系统将再一次受到故障的冲击,对系统的安全运行带来不利影响。因此,在重合闸前判断线路是瞬时性故障还是永久性故障变得很有必要。     

基于波形相关性的带并联电抗器线路永久性故障判别方法

通过分析带并联电抗器的输电线路在单相接地故障不同故障性质下的故障特征,提出了基于最小二乘法的波形相关性的永久性故障判别方法。以瞬时性故障恢复电压阶段的等效模型为参考模型,通过时域波形相关性的方法得到故障相端电压计算值与实际值的相似度,利用相似度构造目标比例系数与整定值连续比较判断故障性质。该方法仅利用并联电抗器中的电流量及非故障相的单端电气量就可以实现故障性质的判断。大量仿真实验表明,该方法在不同运行条件下能够准确地判断出故障性质,即使在较大的模型参数误差情况下,也能实现永久性故障时断路器可靠不重合的目标。     

基于波形相似度特征的多端柔直电网故障自适应重合闸方案

针对多端柔性直流电网工程中架空线路重合闸原理缺乏选择性、容易重合于永久性故障而造成二次冲击的问题，当前已有一系列基于单端量的重合闸原理，但是此类重合闸原理存在全线耐受过渡电阻能力不足甚至在区内两端存在死区的问题。此外，有些保护方案在注入判别信号时还存在需要增设附加装置或辅助控制方式的缺点。为此，尝试通过双端量通信的方式解决上述问题。首先，分析了瞬时性故障与永久性故障下的对侧线模行波的故障特点；随后，结合不同故障性质的特点得出了对侧线模电流推演值与测量值间波形相似度的差异性，并提出一种基于Hausdorff距离算法的相似度差异性量化方法；得益于双端量判别方式对注入信号形态的要求较单端方式大为降低，提出了一种无需增设附加装置或辅助控制的直流断路器(DCCB)注入信号生成方式；最后，形成了一种基于波形相似度特征匹配的自适应重合闸方案。仿真结果表明所提重合闸判据有效保护范围可覆盖线路全长、有较高耐受过渡电阻能力、并具有良好的适用性。     

近似熵算法的自适应重合闸方法研究

自动重合闸是保障电力系统安全供电和稳定运行的一种有效措施,在高压电网中广泛应用。由于自动重合闸不能判别故障类型,若重合于永久性故障,则会对电力系统产生严重冲击。因此,能在重合闸前准确地识别故障性质,使系统实现自适应重合闸,对于保障电网安全运行具有重大意义。永久性故障与瞬时性故障时的相电压高频分量状态是不同的,而近似熵恰能很好地区分信号的畸变或复杂程度,所以笔者提出采用提取故障后故障相母线的电压暂态信号高频分量,通过比较高频分量近似熵值变化差异的方法来识别线路故障性质。