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。     

基于电流波形匹配的高压直流输电线路纵联保护

在分析直流线路两端特定频率电流波形特征的基础上,提出了一种新的直流输电线路纵联保护方案。对直流滤波器进行阻抗–频率特性分析,发现滤波器在特定频率点阻抗值接近于零,即滤波器对该频率电流具有良好的滤波效果,正常运行时直流线路两端特定频率电流几乎为零。故障时,由于系统阻抗特性改变,线路两端特定频率电流显著增加。通过对直流线路谐波等值网络进行分析,发现区内故障时,线路两端特定频率电流都由直流母线流向线路;整流侧区外故障时,直流线路整流端的特定频率电流由直流母线流向线路,而逆变端则由线路流向直流母线;逆变侧区外故障时,与整流侧区外故障情形相反。特定频率电流方向一致时波形匹配程度高,而当方向相反时,波形匹配程度低,利用该特征构成直流线路区内、外故障判据。针对现行直流线路电流差动保护的缺陷,提出了一种改进的直流线路后备保护方案。大量仿真结果表明,该保护方案原理简单,能可靠、准确识别直流线路区内、外故障,且具有较高的过渡电阻能力。     

基于行波固有频率一、二次频差的HVDC输电线路纵联保护方法

行波固有频率与输电线路的故障距离和边界条件有关,直流输电线路两端边界条件相同,仅利用直流线路两端固有频率主频差的纵联保护在线路中点存在保护盲点。提出一种基于行波固有频率一、二次频差的高压直流输电线路纵联保护方法,利用线路两端固有频率主频差构造主判据,利用一、二次频差构成辅助判据。通过对主判据、辅助判据门槛值的整定,解决了固有频率主频差保护在直流线路盲点发生故障时拒动的问题,增强了保护的可靠性。同时,利用故障后故障极电流变化程度较大的特点,定义了两极电流突变量积分绝对值的比值,构建了区内故障选极判据。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该保护方法适用于任意直流线路边界条件,仅利用线路两端电流信息即可准确、快速地识别区内外故障和故障极。     

基于电压和电流突变量的高压直流输电线路保护原理

在对高压直流输电线路区内、外故障和雷击等暂态过程研究的基础上,提出了一种基于电压、电流突变量变化特征的高压直流输电线路主保护原理。该原理对两极线路同侧保护安装处测得的电压突变量幅值的比值设定阈值,选出故障极;利用故障线路两端电流突变量的极性在线路保护区内故障时相异、在区外故障时相同,区分线路上保护区内和区外故障。PSCAD/EMTDC软件对实际高压直流输电系统的仿真结果表明,该保护原理在双极两端中性点接地方式下能够快速判别故障极和区分线路上保护区内、外故障,可靠排除雷击干扰,在故障性雷击和高阻抗接地时准确动作,并适用于一极降压和一极全压运行、功率反送、一极停电检修及单极金属回线运行方式等。采样频率在10～100kHz范围内时可满足保护判据计算要求。     

高压直流线路行波差动保护的分析

从行波传递的原理分析了故障暂态过程中直流线路分布电容电流的形成机理,以及分布电容电流对直流差动保护的不利影响。经理论分析验证得,故障暂态过程中线路分布电容电流的大小与故障信号传递至线路两端保护的时间差成正比。在此基础上,提出了一种基于暂态过程分布电容电流补偿的直流差动保护方案,通过合理地补偿线路两端保护接收到故障信号的时差,可以有效地提高直流差动保护的可靠性及灵敏度。大量的仿真实验证实了该保护方案适用于一般高压直流输电线路保护。     

基于Kaiser窗滤波的高压直流输电线路突变量功率保护

研究了一种反映突变量中直流分量的高压直流输电线路功率保护。为了获得突变量中的直流分量,分析了高压直流输电线路区内外故障时两端突变量电压和突变量电流的特征,利用Kaiser窗提取突变量电压和突变量电流中的直流分量,提出了基于同极线两端突变量功率极性比较的保护原理和基于突变量功率幅值的启动判据,并构造了利用突变量电压的故障极识别判据,设计了保护的动作方案。由于保护动作判据采用的是突变量功率中的直流分量,所以从本质上反映了直流线路的故障特征。理论分析和仿真结果表明,所提出的保护方案能够正确区分线路内外部故障,耐受过渡电阻能力强,且能够准确识别故障极线,适合作为高压直流输电线路的后备保护。     

基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法

直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题.针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法.通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用.分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况.直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5～7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据.利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,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.     

利用电流突变特性的高压直流输电线路纵联保护新原理

通过对直流输电线路区内、区外故障电流特征的分析可知:直流线路内部发生故障后的暂态过程中,线路两端电流突变方向相同;而线路外部故障后的暂态过程中,线路两端电流突变方向相反.根据该特征,提出了一种新的直流输电线路纵联保护原理,它仅利用线路两端电流的突变,就可以有效地识别出区内、区外故障.文中还构造了电流突变的识别判据,并给...     

基于改进DTW的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案

直流输电线路单端量保护不能实现绝对选择性,对于纵联保护,需要考虑故障暂态时的电容电流和两侧采样数据的同步性。区外故障时直流输电线路满足行波特征不变性,线路两侧波形的相似度高,区内故障破坏了行波特征不变性,线路两侧波形的相似度低,由此提出一种基于改进动态时间弯曲(dynamic time warping,DTW)的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案。DTW算法通过对时间轴的伸缩,实现2个序列的动态匹配,具有良好的耐同步特性。基于改进DTW的保护方案,在启动判据启动后,计算线路两侧故障行波波形之间的改进动态时间弯曲距离,建立识别直流线路区内外故障的判据。仿真结果表明,该算法能够准确识别区内外故障,不存在保护死区,具有较好的耐同步性,耐受过渡电阻能力强,具有一定的抗噪声和抗异常数据的能力。     

具备故障选极能力的高压直流输电线路差动保护新原理

为解决传统高压直流输电线路差动保护无法快速响应区内故障的难题,该文提出一种具备故障选极能力的新型差动保护方案。直流线路两端测量电压、电流经过合适截止频率的低通滤波器处理后,沿线电压可近似视为线性分布。利用线性分布电压计算沿线分布电容电流并对其补偿后,提出一种新型直流线路差动保护方案;进一步降低滤波器截止频率,分布电容电流将减小至可被忽略,因而可通过比较滤波后两极差流选出故障极。采用云广±800k V高压直流输电系统仿真模型对保护新原理进行验证,大量仿真结果表明,在不同故障情况下,新保护方案均能快速、准确地区分区内外故障并选出故障极,并且在高阻接地故障时仍具有较高的灵敏度。