基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别

为提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统的直流线路故障处理能力,提出了一种基于暂态电流相关性的直流线路故障判别方法。直流线路发生区内、外故障时,直流线路两端的电容支路暂态电流与直流线路入口处暂态电流特征差异明显;利用Pearson相关系数来描述电容支路与线路入口处暂态电流的差异程度,直流线路故障的判别仅通过线路两端计算的暂态电流Pearson相关系数即可实现。该故障判别方法可克服非故障线路馈入电流的影响,适用于两端以及多端柔性直流输电系统。分析和仿真结果表明,该故障判别方法不受高频分量、数据同步、故障位置与类型、噪声干扰以及控制方式等因素的影响,能准确地识别直流线路区内、外故障,实现故障线路的选择。     

输电线路不对称短路故障关键暂态信息获取方法

准确获取输电线路故障点的关键暂态信息,对线路故障原因辨识及线路改造方案的制定都有重要意义。在分析不同类型短路故障行波的基础上,对输电线路不对称短路故障关键暂态信息的获取方法进行了研究。首先利用反演理论,推算出所需的故障点暂态电流波形。结合短路故障类型,构建了基于故障点模量电流幅值、故障角及故障电阻的数学模型并采用改进萤火虫算法(improved firefly algorithm,IFFA)进行求解。仿真结果表明,该方法可准确重现故障点的故障行波,实现关键暂态故障数据的挖掘,有望为输电线路不对称接地故障的故障原因辨识及线路改造提供帮助。     

极间短路条件下柔性直流输电系统电磁暂态特性分析

以南澳±160kV中压柔性直流系统为例,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时系统的暂态特性。首先介绍了南澳直流工程的系统拓扑和主回路参数,然后结合不同保护策略分析了系统对直流断路器的参数要求,提出了系统与断路器配合时直流限流电抗的调整思路。最后研究了线路长度、故障位置和断路器动作对暂态特性的影响。仿真结果表明,直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,通过调整直流限流电抗可以实现系统与断路器的配合。研究结果对柔性直流输电系统参数设置和器件及设备选型有一定参考价值。     

柔性直流系统短路故障网络阻抗建模与时频特性诊断方法研究

针对柔性直流系统直流侧短路故障诊断难题,文章从故障网络精确建模和暂态特征信号分析两个方面展开研究,并提出了阻抗网络暂态响应时频特性关联度的故障诊断方法。该方法通过向柔性直流系统线路入口处注入脉冲电压作为激励,实时提取所产生的暂态电流分量,经不同尺度的Mexican Hat变换得到时频能量序列,并构造反映故障网络暂态响应时频能量谱矩阵。同时,建立柔性直流系统精确模型,模拟不同故障点经不同大小电阻的短路故障,构建完整故障样本及其时频特征库,经相似度计算可选出与实测故障特征最相近的样本,确定故障点位置和估计短路电阻大小。最后,对上述原理方法进行算例分析,并与时域方法比较,结果表明文章所述诊断方法及其判据更为准确有效,相关原理正确可行。     

基于MMC主动电压式的HVDC输电线路暂态故障测距方法

针对模块化多电平柔性高压直流(MMC-HVDC)输电线路的两种不同故障类型提出了一种基于MMC主动电压式的暂态法故障测距方法，该方法利用MMC模块的可控性技术，使两侧MMC在不影响线路正常运行并易于检测的条件下产生主动性电压，对其放电的暂态过程进行分析，通过将两种故障类型的输电线路进行简化，求解二阶暂态方程，得到故障距离。随机选取录波数据点，利用所推导出的两种故障类型的测距表达式进行计算。结论表明单极接地短路故障测距的误差率基本可稳定控制在1.5%以内，而双极短路故障测距在故障点接近线路中段时的误差率可控制在2%以内，验证了该仿真系统的准确性。     

低压双极环形直流微网的新型故障定位法

当直流微网线路发生故障时,为快速切除故障并恢复供电,减少停电时间,需要快速准确的故障定位。本文以低压双极环形直流微网为研究对象,针对单极接地故障和极间短路故障,提出了一种差分法与伪逆法相结合的新型故障定位方法,可在线确定出不同故障条件下的故障位置,且定位准确性高。根据暂态期间故障回路的KVL矩阵方程,利用差分法和伪逆法,计算故障线路的等效电感,进而计算出故障距离,从而实现故障定位。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性,对两种故障类型及不同故障距离和故障电阻,故障距离估计误差均小于1.43%,故障电阻相对误差小于0.04%。该方法可针对两种不同的故障类型,不受故障距离和故障电阻的影响,能准确地确定出故障点位置并计算出故障电阻,具有较好的实用性。     

基于断路器重合闸的柔性直流输电线路单端故障测距方法

高压柔性直流输电采用架空线路,运行环境复杂,难以避免故障。快速准确的故障定位可以缩短故障清除时间,对于快速恢复供电十分重要。现有测距算法依赖暂态波头辨识,受到干扰后测距精度会下降。针对上述问题,在线路分布参数模型基础上,在时域中通过电报方程计算线路沿线分布的电压和电流,进而根据故障点处电阻值相对稳定这一特性构成测距判据。由于输电线路两侧的直流断路器重合时间并不一致,此时先重合一侧的系统才会继续向故障点馈入短路电流,因此通过单端量便可实现测距。所提测距方法无需通信,适用于各种故障类型并且所需窗长较短,具有耐受过渡电阻和噪声的能力。最后利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建±500 kV多端柔性直流输电系统模型,仿真结果验证了所提测距算法的准确性和适用性。     

换流站直流滤波器短路故障特征分析

介绍了±500kV换流站在双极大地运行方式下直流滤波器不同位置发生短路故障时的故障特征,结合两起现场实例,分析了直流滤波器电容器组桥臂发生接地短路、直流滤波器高压侧电流互感器与高压侧刀闸间引线发生接地短路的暂态波形、保护动作原因等,最后总结了直流滤波器常见短路故障的故障特征和保护动作情况。     

多端柔性直流电网线路故障暂态等值电路及暂态特征分析

线路保护问题是柔性直流电网进一步发展的瓶颈，故障后的等值电路及暂态特征作为线路保护的理论基础亟待系统性分析。该文利用换流器与输电线路的暂态模型和故障点的边界条件，建立线模–零模解耦后的暂态等值电路，得到故障行波传递到故障线路端口、直流母线和非故障线路端口的传递函数，分析初始故障行波的暂态变化特征。此外，通过分析故障行波在感性线路端口和故障点间的多次折射和反射，得到故障行波在线路端口反射和故障点折射、反射后波形的方向和幅值变化规律，并分析在故障点线模和零模之间的混叠现象。最后，在PSCAD/EMTDC搭建四端仿真模型，通过理论计算值和仿真模拟值的对比分析验证正确性，并分析换流器、限流电抗器等器件参数变化时波形的变化特点。     

基于电流突变量的直流电网区内双极短路故障定位方法

多端柔性直流电网的故障定位方法是保障直流电网安全可靠运行的关键技术。该文针对现有故障测距方法存在的问题,提出一种基于电流突变量的直流电网区内双极短路故障定位方法。它利用直流线路两端的电流突变量计算定位系数来定量表示短路点在线路中的位置,即故障点至本线路一侧保护的距离与线路全长的比值。为了避免线路保护区出口处短路引起的距离误判,引入判区依据K以确保故障定位只在区内短路时有效,该定位方法采用改进电压梯度法快速启动。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端柔性直流电网模型,验证了所提出的定位方法可以在发生区内双极短路故障时可靠定位,并且几乎不受直流电网传输功率和过渡电阻的影响,具有很高的准确性和适用性。     

基于AGM曲线能量的配电网故障区段定位方法

配电网发生单相接地故障后,准确识别故障区段对配电网的安全稳定运行具有重要意义。因此,根据单相接地故障后故障点异侧暂态零序电流波形趋势差异显著的特点,本文提出一种基于暂态零序电流自适应全局均线能量的故障区段定位方法。首先,利用极点对称模态分解得到反映故障后暂态零序电流波形趋势的自适应全局均线;然后,利用故障后暂态零序电流自适应全局均线的能量差,描述故障后暂态零序电流波形趋势的差异程度,构建判据确定故障区段。仿真结果表明,该方法在不同故障条件下均可准确识别故障区段。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.     

基于波形比较的架空配电线路故障离线定位自动计算方法

现有的架空配电线路在线故障定位方法存在只能确定故障区段的不足,离线故障定位方法则存在故障定位灵敏度低与精度差的问题.针对上述问题,建立高压脉冲冲击线路响应模型,通过分析故障线路电流分布特征与波形差异,提出了一种基于波形比较的架空配电线路故障离线定位自动计算方法.该方法使用高压脉冲信号发生器向故障线路注入直流脉冲信号,以相关系数作为波形相似程度的判别依据,通过分析不同测量点电流波形与基准电流波形的相似性差异,实现了故障定位的自动计算,解决了故障尤其是经高阻接地故障定位灵敏度低的问题.分析了不同磁场测量方式与基准信号参考点的选取对故障定位精度的影响,完善了故障离线定位体系,提高了定位精度.仿真以及实际试验表明,该方法可有效实现故障点的精确定位.     

计及直流系统不同端口相互影响的故障计算方法*

树状直流系统极间故障特性复杂,多换流站同时作用下,高阶电流电压暂态解析式会导致计算难度显著增大。通过分析各端参数一致时端数变化,以及端数固定时参数变化对直流系统故障特性的影响,基于单端直流故障计算分析,提出计及不同端口之间相互影响的树状直流系统故障计算修正方法,减小复杂直流电网故障计算量。利用MATLAB/Simulink仿真工具搭建树状直流系统模型对计算结果进行验证,修正后电压、电流计算值与暂态仿真结果基本吻合,为故障定位和整定值的计算提供了理论依据。     

利用电流波形特征识别变压器励磁涌流和故障电流

提出一种利用波形特征快速区分变压器励磁涌流和内部故障电流的新方法。该方法基于涌流波形畸变严重,会呈现出尖顶波的凹弧特征,而故障电流基本保持正弦特征的思想,首先找出10ms数据窗内采样值的绝对值取得最大值的点,然后计算该点两侧相邻的2个采样步长组成的大梯形面积与2个单采样步长组成的小梯形面积和的差的总和来区分变压器励磁涌流和内部故障。动模实验表明：该方法能够快速切除变压器内部故障,动作时间约为10ms,所需时间较短,识别灵敏度高,并且实现方便,不受电流非周期分量的影响。     

一种新的谐振接地系统单相接地故障选线方法

为解决谐振接地系统单相接地故障在小故障合闸角情况下选线准确率不高的问题,利用集合经验模态分解(EEMD)和希尔伯特变换在频带分析方面的优势,提出了一种新的谐振接地系统故障选线方法。通过分析单相接地故障时暂态零序电流的分布特征,比较系统暂态电容电流与衰减直流分量的能量大小,自适应将能量较大的信号用于故障选线。暂态电容电流能量大时通过比较暂态电容电流的极性确定故障线路;衰减直流分量能量大时通过比较消弧线圈与初选线路衰减直流分量的能量确定故障线路。分别对不同故障合闸角,不同过渡电阻的单相接地故障进行了仿真验证。仿真结果表明,该方法选线准确率高,在小故障合闸角情况下亦能准确选线,具有一定的应用价值。     

基于暂态波形相关性的配电网故障定位方法

配电网拓扑结构复杂、分支众多,利用单一故障特征的配电网故障定位方法大多存在可靠性差、定位精度低等不足,为此文中提出了一种基于暂态波形相关性的配电网故障定位新方法。配电线路发生故障后实时检测故障暂态波形,利用S变换构造时频矩阵,将其与各分支样本库中的时频矩阵进行相似度计算,并根据相似度的大小判定故障分支;然后根据同一分支不同位置故障时暂态波形的整体波幅差异来确定故障范围,并利用整体波幅偏差与故障位置的比例关系计算得到精确的故障位置。仿真分析表明,在不同的故障条件下,该方法均能可靠、准确地进行故障定位,有望提高配电网故障定位的准确度与可靠性。     

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。     

基于潮流计算的直流配电网单极接地故障定位算法

提出了一种基于潮流计算的直流配电网单极接地故障定位算法。通过分析流过接地故障点的电流特征,发现故障暂态过程结束后,故障点对地电压近似为零。利用潮流计算得到负荷电流分布,配合故障点对地电压近似为零的条件,计算每个节点故障时各个测量点对地残余电压的分布情况。将其与故障时各测量点残余电压分布情况进行比较,一致性最高的即为距实际故障点最近的节点。进一步利用阻抗法确定故障点的准确位置。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,仿真结果验证了该算法的有效性。