含逆变型分布式电源的配电网正序阻抗纵联保护

逆变型分布式电源区别于传统电源的故障特性导致传统电流保护难以快速可靠切除故障,也影响了现有输电网保护原理直接应用于配电网的动作性能。借鉴电流差动保护原理思想,定义了正序差动阻抗,理论分析了其在区内外故障时的幅值差异,提出了一种适用于有源配电网的正序阻抗差动保护原理。为进一步改善保护性能,有效应对分支负荷的影响,构造了带制动特性的动作判据。针对区内三相金属性短路故障时保护存在的死区问题,利用故障时正序阻抗与正序电流幅值特征构造了辅助判据。与传统电流差动保护相比,所述方法无需两端数据同步采样,对通信要求较低。仿真结果验证了保护原理的有效性。     

基于故障信息自同步的有源配电网纵联保护

随着分布式电源大量接入配电网,配电网结构变为多端电源网络,解决多端电源网络保护问题最行之有效的方法是纵联保护方案。但当前配电网硬件及通信水平无法满足纵联保护对线路两侧数据进行同步采样的要求。文中提出了故障信息自同步技术,故障时刻相对被保护线路两侧是同时的,以故障时刻为时间参考点,测量线路两侧基波电流故障时刻前后两相邻相同变化趋势峰值点的时间间隔变化,进而计算得到电流相位变化方向判定值,有效克服配电网难以同步采样的困难。基于故障信息自同步技术,文中提出了新型纵联保护方案,通过比较线路两侧电流相位变化方向判定值,即可判定故障位置。仿真验证了故障信息自同步技术的准确性,新型纵联保护方案具有良好的动作特性。     

不受同步对时误差影响的线路差动保护方案研究

为解决高压输电线路两端电流采样非同步而导致电流相量差动保护误动作问题,结合相量差动保护和幅值差动保护的性能特点,提出了不受采样非同步影响的线路差动保护方案。在线路两端电流采样出现同步误差时,此方案将相量差动保护退出运行,仅依靠电流幅值差动保护切除大多数线路区内故障,从而消除采样失同步的影响;在线路两端电流采样同步时,以相量差动保护为主要的保护方式,提高保护的可靠。理论分析与仿真研究表明,所提方案可有效应对线路两端电流采样失同步的问题,区内故障保护可靠动作,区外故障可靠制动。     

基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方案

分布电源的大量接入使配电网从传统单向潮流的辐射状网络逐步转变为双向潮流的多端电源供电的配电网,出现了以T型接线为代表的多段线路.文章从多种类型分布式电源的故障特性入手,分析短路故障下有源配电网的多端电流的幅相关系,提出基于多端电流幅相关系的差动保护方案.保护方案包括启动判据和复合动作判据,启动判据兼具区分部分区外故障的作用,动作判据为两个独立判据的逻辑与,以保证可靠动作和避免误动.此外,文章讨论基于光纤通道通信的配电网多端信息同步技术,用以实现多端信息同步传输.PSCAD/EMTDC的仿真结果表明所提方案的可靠性和速动性.     

基于自适应制动补偿系数的有源配电网电流纵联差动保护

为了解决传统的三段式电流保护难以适用于有源配电网的问题,通过分析含不同类型分布式电源的配电网正序电流故障分量在区内外故障时的幅相特征差异,提出一种基于自适应制动补偿系数的电流纵联差动保护新方法。该方法采用改造后的e指数函数构建制动补偿系数,根据线路两侧正序电流故障分量的相位差和幅值比自适应决定补偿制动电流的程度。为有效应对不可测负荷分支给保护可靠性带来的消极影响,利用比幅式方向阻抗继电器的动作方程构造辅助判据。仿真结果表明,与传统电流纵联差动保护相比,该方法能够满足各种故障场景下有源配电网的保护需求,且灵敏度高,可靠性、耐受过渡电阻能力和抗时间同步误差能力强。     

考虑逆变类分布式电源特性的有源配电网反时限电流差动保护

分析推导了有源配电网电流正序故障分量的分布特征,并基于正序故障分量提出了反时限电流差动保护方案。根据逆变类分布式电源(DG)故障后电流响应特征,建立了有源配电网正序故障分量复合序网,严格推导了保护区段两端电流正序故障分量计算表达式,定性分析了逆变类DG作用下区段两端电流正序故障分量的幅值和相位特征。以此为基础结合配电网特有的结构和参数特点,设计了反时限电流差动保护动作判据和整定方法。最后利用PSCAD建立有源配电网系统模型,对所提动作判据进行了仿真验证。结果表明,该保护方案可以有效区分电动机自起动过程和内部轻微故障,可以在保证对TA饱和足够制动能力的同时,提高保护灵敏度,且对有源配电网中DG出力随机性、馈线结构的多样性等具有较强的适应性。     

含DG配网电流幅值差异化保护方案

提出基于故障线路两侧电流幅值差异比较的配电网新型保护方案,适于含分布式电源的配电网络。首先对分布式配电网发生故障时,线路两侧故障电流幅值特性进行分析,得出在现有的分布式电源容量渗透率规定以及逆变型分布式电源对输出电流幅值限制的条件下,故障线路两侧电流幅值不相等且差异较明显的结论。以此为基础,提出新型的基于故障电流幅值差异的保护方案,为保证内部故障的灵敏性,外部故障及正常运行时保护的可靠性,提出相应的动作-制动特性方程。新方案借鉴传统差动保护制动判据的形式,但制动特性方程仅需电流幅值信息而无需相量的比较,在通信自动化水平较低的分布式配电网中更易实现。仿真证明了本方案的合理性和有效性。     

三相同时刻采样值电流差动保护

采样值差动保护具有对系统谐波不敏感和波形识别等优点，作为一种全新的涌流鉴别方案很快被应用到变压器中。但采样值本身的离散性使其存在轻微故障时灵敏度不足的缺点。该文就如何利用三相电流同时刻采样值构成新的电流差动保护判据进行探讨。新型差动保护计算差动电流和制动电流的瞬时值，充分、合理地利用三相电流在单个采样时刻的有效信息进行幅值计算，进而构造差动判据。显然该新型差动保护兼有两种差动保护优势。理论分析和动模试验表明，这种差动保护方案具有数据窗短、可靠性高、波形识别能力强、不受频率偏差影响的优点。     

基于“充分式”电流综合比幅判据的含DG配网保护

提出了一种新型“充分式”保护原理,能在现有含DG配网条件下很好地处理保护策略与成本之间的平衡.首先以含DG配网中电流幅值故障特征为例对“充分式”原理进行了深入诠释;由带制动特性的幅值差动原理推导了电流比幅判据形式,并构造了基于正序电流、负序电流和分相全电流的“充分式”综合比幅判据,该判据能在各种故障情况下自适应地优选灵敏性最高的子判据来切除故障,且具备一定的耐过渡电阻能力.判据只利用了线路两侧电流的幅值信息,不需要采样数据的严格同步,减少了通信成本.仿真结果验证了判据的有效性.     

基于电流幅值关系与制动系数相配合的有源配电网差动保护方案

随着分布式电源在配电网中的接入量和渗透率的不断增加,传统的电流差动保护方案可能会出现灵敏性和选择性上的问题。该文首先分别从区内故障和区外故障对电流幅值故障特征进行数学分析,得出了馈线两端的电流幅值会在不同故障下出现较大差异,同时由于制动系数对电流差动保护的选择性和灵敏性起到决定性作用,基于此提出了一种基于故障电流幅值比与制动系数相配合的新型保护方案。最后通过理论分析证明及 Matlab/Simulink仿真验证可知,相比于传统的电流差动保护方案,该方案在保证选择性的前提下提升了灵敏性,工程实用性较高。     

有源配电网电流差动保护判据研究

电流差动保护是解决有源配电网保护问题的有效手段。由于故障特征不同,应用于输电线路的差动保护判据不能直接移植到配电网中。针对上述问题,首先分析了有源配电网故障电流的幅相关系,并在幅相平面中给出适用于有源配电网的制动区域。进而提出了一种提升保护性能的扇形制动区设计方法。在此基础上,考虑有源配电网常见的CT饱和情形,进一步引入二次电流的谐波含量比和基波幅值比构造辅助判据。最后提出了抗CT饱和的整体电流差动保护方案。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果证明,与常规差动保护判据相比,该方案在保证可靠性的前提下具有更高的灵敏度,且具有很强的抗CT饱和能力,能够满足有源配电网的需求。     

有源配电网分布式故障自愈方案与实现

大量分布式电源(DG)接入配电网,使传统的配电网保护与控制面临较大的困难。为解决有源配电网所面临的诸多问题,提出了一种基于智能终端单元(STU)的分布式故障自愈方案。该方案采用分相电流差动与故障电流幅值比较作为故障区段定位原理,能够适应于含有多种DG类型与不同DG渗透率的有源配电网。在负荷开关均为断路器的条件下,该方案能够实现快速故障区段定位、隔离和非故障区段的供电恢复。该方案充分考虑了与DG防孤岛保护及低电压穿越的配合与协调,各STU具备网络拓扑自动识别功能,能够根据网络拓扑的实时变化改变相关控制策略。最后利用所开发的STU装置,在实时数字仿真系统(RTDS)平台上对一个含DG的10 kV配电系统进行闭环测试。测试结果表明,该方案能够适应网络结构的变化,故障自愈时间在1 s以内。     

A d-axis based current differential protection scheme for an active distribution network

The emergence of distributed generators has changed the operational mode and fault characteristics of the distribu tion network, in a way which can severely influence protection. This paper proposes a d-axis-based current differential protection scheme. The d-axis current characteristics of inverter-interfaced distributed generators and synchronous generators are analyzed. The differential protection criterion using sampling values of the d-axis current component is then constructed. Compared to conventional phase-based current differential protection, the proposed protection reduces the number of required communication channels, and is suitable for distribution networks with inverter interfaced distributed generators with complex fault characteristics. Finally, a 10 kV active distribution network model is built in the PSCAD platform and protection prototypes are developed in RTDS. Superior sensitivity and fast speed are verified by simulation and RTDS-based tests.     

基于分布式电源电流变化率的主动配电网单相断线保护方法

分布式电源的应用,改变了配电网断线故障的特征,加剧了断线故障的威胁。但是目前不仅缺乏含分布式电源(DG)的配电网断线故障保护方法,甚至电网断线故障下DG的输出特性也不清晰。基于主动配电网的可观测性,提出了一种根据DG电流变化率识别配电网断线故障的新思想。首先,分析了配电网单相断线故障下DG的输出特性,并建立了DG的等值模型。然后,建立了含DG的配电网单相断线故障等效电路,推导了故障前后DG输出电流的表达式。随后,分析了故障前后DG输出电流的变化特征,建立了基于DG电流变化率的辐射状配电网单相断线故障保护判据。仿真表明,所提单相断线故障保护方法能够迅速识别断线故障并准确定位。     

基于状态量信息的含分布式电源配电网保护新方案

为消除分布式电源(DG)接入对保护的影响,同时尽量减少改造成本,提出了一种基于多点状态量信息的含DG配电网保护新方案。对于DG下游辐射状线路和无DG接入的馈线,所提方案根据过电流保护动作信息实现故障定位。另外,基于馈线首端和DG并网点处的电压和电流信息,提出了补偿阻抗极性信息的新判据及其故障定位方法。当DG上游区域发生故障时,所提方案无需加装电压互感器,即可快速准确地切除DG上游区域的故障线路。最后,通过PSCAD/EMTDC软件对一个含DG的10 kV配电网进行故障仿真与分析,结果验证了所提方案的有效性和正确性。     

适用主动配电网的差动保护方案研究

为了解决主动配电网双向潮流对电缆型配电网保护影响,分析了DER接入电缆型配电网对保护带来的问题,提出了适用于主动配电网的差动保护方案。差动保护方案配置集中式线路差动与就地式母线差动保护,适用于电缆线路的配电自动化。DTU采用内置以太网通信技术,采用专用光纤通道"手拉手"连接。基于光纤通道实现DTU数据同步,DTU进出电流传输至集中式差动保护装置,由集中式差动保护装置实现配电网线路保护,DTU就地实现环网柜母线保护,能很好地满足电缆线路ADN接入DG对保护的要求。设计开发了相应的DTU及集中式差动保护装置,应用在实际的电缆线路ADN系统,具有很好的应用前景。     

有源配电网电流差动保护应用技术探讨

有源配电网具有多电源、多分段、多分支、功率双向流动、弱馈等特征,传统三段式电流保护难以保证选择性和灵敏性,需要提供新的更有效的保护方法。基于该背景,将正序故障分量电流差动保护引入到有源配电网,探讨其应用原理与实现技术。针对不同的馈线结构,给出了适应性差动保护动作判据及门槛整定原则。针对配电网线路特点,提出并实现了基于故障信息的电流数据自同步方法。根据配电自动化通信体系最新进展,探讨了基于点对点对等通信实现差动保护数据交换的通信规约。基于智能配电终端平台,开发出正序故障分量电流差动保护样机并对其进行了综合测试,测试结果验证了所提保护方案的可行性。     

基于电流相角突变量方向的有源配电网保护

随着分布式电源(DG)的大量接入,配电网的结构由传统的辐射型改变为多端电源系统。由于DG出力的随机性,传统的基于电流幅值的保护方案很难整定。通过研究故障前后电流相角的变化,得出了电流相角突变量方向与故障位置的关系,并由此提出一种新的电流纵联方向保护方案。由于该方案只利用电流信息,避免了安装电压互感器。对于规模巨大的配电网,具有经济性。由于只需传输判定结果,降低了对通信通道的要求。最后,通过仿真分析,对保护方案进行了验证。     

计及5G通信异常工况的有源配电网快速综合保护方案

随着分布式电源的高比例接入,传统三段式电流保护已难以适应日益复杂的配电网故障形态。在5G通信不断兴起的背景下,性能完备的电流相量差动保护在配电网中应用前景广阔,可不再受制于光纤铺设等附加的高额费用。但是,一旦出现5G通信信号失去同步甚至中断的极端情况,电流相量差动保护将无法正常工作。对此,针对5G通信异常场景,提出一套有源配电网综合快速保护方案,即适应5G通信失去同步但未中断场景的电流幅值差动保护判据、适应5G通信完全中断场景的相继速动保护判据,通过实时监测信道环境实现判据自适应切换。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV有源配电网模型。仿真结果表明,所提保护判据在不同故障场景下均能可靠动作。