基于S变换的HVDC输电线路纵联保护方法

传统的直流输电线路行波保护易受故障电阻的影响,作为后备保护的纵联差动保护动作速度慢,而且需两端数据同步,对此提出一种基于S变换的高压直流线路纵联保护新方法。理论分析表明,当故障发生在保护安装处的正方向时,保护检测到的电压和电流突变量的极性相反,而反方向故障时,二者的极性相同。根据此特征,提出利用S变换相角差的方法来识别两者的极性,进而判断故障的方向。此外,对于双极输电系统的单极接地故障类型,可根据两极电压突变量的S变换零频暂态能量和的比值差异实现故障选极。仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够有效地识别区内外故障、故障极以及雷击干扰,灵敏度高,可靠性强。     

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。     

基于小波变换的HVDC输电系统故障诊断研究

利用PSCAD/EMTDC工具,搭建了完整的高压直流输电系统的电磁暂态模型,对直流输电系统的各种典型故障进行仿真。经小波变换后,提取了多种典型故障信息特征波形。分析了直流线路保护区内与区外故障的暂态电流信号极性和过渡电阻等因素对电流暂态信号极性识别的影响。研究了在双极系统中,故障时两极之间电压耦合关系状态下,由电压变化量来判定故障极。由此提出了一种基于暂态信息的直流输电线路保护判据。仿真结果表明,该保护判据能准确识别故障位置,具有较高的耐过渡电阻能力,并且对通信通道的可靠性要求较低。     

基于电流突变量比值的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有的高压直流输电(HVDC)线路纵联差动保护可靠性不足且动作延时较长的问题,提出了基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案。该方案利用特定频率下直流滤波器组和HVDC线路中的电流突变量比值的大小识别故障发生的位置。当发生区内故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值均在1附近;当发生区外故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值中必有一个远大于1。仿真结果与现场录波数据测试表明,基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案能够在各种工况下准确快速地识别区内外故障。     

基于电压电流突变量的MMC-MTDC纵联保护方案

作为柔性直流输电线路后备保护的纵联电流差动保护,通过较长延时来防止线路分布电容等问题引起的误动,无法满足保护对于速动性的要求,针对这一问题提出了一套基于电压电流突变量夹角余弦值的纵联保护方案。该方案利用故障发生时,故障与非故障状态下直流线路两端的电压、电流突变量之间的夹角余弦值构造故障识别判据,并利用故障发生时线路正、负极电压的数值差异作为故障极判据,形成了一套完整的纵联保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC）系统仿真模型对保护方案进行验证,结果表明,所提纵联保护方案能够实现在各种故障情况下的故障判别,并且满足直流线路对保护速动性的要求,可以作为直流线路的后备保护。     

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法

直流线路的保护是多端柔性直流电网发展面临的关键问题之一。文中针对现有纵联电流差动保护存在的问题,提出了一种采用电流突变量夹角余弦值的纵联保护方法,它利用线路两端电流突变量计算夹角余弦值从而进行区内、外故障判断。区内故障时,线路两端电流突变量方向相反,夹角余弦值为负值;区外故障时,线路两端电流突变量方向相同,夹角余弦值为正值。保护方法采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。仿真表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。     

基于线模电流故障分量的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有高压直流输电线路纵联保护受分布电容影响大,动作速度慢从而导致系统闭锁这一问题,提出了一种不受分布电容影响的高压直流输电线路方向纵联保护方案。通过分析模电流传输特性得到线模电流具有受分布电容影响小的特点。基于输电线路线模阻抗推导了区内和区外故障下线路两侧测点电流幅值特征,从而利用整流侧和逆变侧测点线模电流故障分量幅值比的差异作为保护判据,构建了区内外故障识别方案,并通过理论分析为保护阈值选取提供了依据。仿真结果表明,所提保护方案能够可靠识别区内外故障,保护动作不受分布电容影响,对采样和通信要求不高,并具有较强的耐过渡电阻能力和抗噪性。     

基于S变换能量相对熵的高压输电线路极性比较式纵联保护

传统行波极性比较式纵联保护可靠性受小故障初始角等因素影响较大。为提高行波纵联保护的可靠性,在分析线路两端电压和电流极性关系的基础上,提出一种新的极性比较式纵联保护算法。该保护算法利用故障后一段时间内故障电压和故障电流的S变换能量相对熵表征极性关系,进而根据线路两端S变换能量相对熵的比值来识别区内外故障。区内故障时,线路两端电压和电流的能量相对熵相差不大,其比值较小;区外故障时,线路两侧电压和电流能量相对熵差异明显,比值较大。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该保护方案能够快速可靠地确定区内外故障,其性能不受故障初始角、过渡电阻、故障位置、故障类型和母线接线方式的影响。     

基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD 仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。     

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。     

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。     

基于单环定理的HVDC输电线路纵联保护方法

针对高压直流(high voltage direct current,HVDC)线路高阻接地故障时保护容易拒动的问题,提出一种基于单环定理的纵联保护方法。首先,将直流线路两侧电流突变量作为状态变量构造奇异值等价矩阵,根据单环定理进行谱分析从而实现区内外故障识别;然后,通过广义S变换提取两极电流突变量特定频段暂态能量和的比值特征进行故障选极;最后,给出了纵联保护方案。仿真验证表明,所提保护原理判据简单,易于整定,各种故障情况下均能实现快速、有选择性动作。所提方法对不良数据具有较强的免疫能力,即使在线路末端发生高阻接地等最不利于保护动作的故障情况下仍能可靠动作。     

A Fast Non-Unit Protection Method Based on S-Transform for HVDC Line

To overcome the problems existing in the main protection of HVDC transmission lines, such as low reliability and poor ability of resisting high ground resistance fault, this paper proposes a novel non-unit protection method based on S transform. Analysis shows the high and low frequency components of the transient voltage signals suffer from different degrees of attenuation when they pass through the HVDC line boundary. Therefore, according to this characteristic, the voltage signals of specific frequency bands are extracted accurately using S transform, which be used to identify the internal from external faults. By comparing the high and low frequency components generated by the lightning disturbance with those generated by the faults, S transform based energy ratio criterion to identify lightning disturbance is constructed. In addition, for a bipolar HVDC transmission system, a method using the 0 Hz energy difference of S transform of the voltage transient signals is proposed to identify the faulted pole. Simulation results verify the feasibility and validity of the proposed protection method.     

柔性直流电网架空线路快速保护方案

基于柔性直流输电的直流电网技术,是大规模清洁能源接入电网的有效手段,直流电网快速线路保护是其面临的重要技术挑战之一。以国内计划建设的张北直流电网工程为背景,提出了一套适用于全网配置直流断路器、采用架空线输电的对称双极直流电网线路快速保护方案。保护仅利用单端信息进行故障判别,且保护数据窗短,满足速动性的要求;保护采用电压梯度快速检测故障,利用限流电抗器对故障电压信号的平滑作用实现故障区间的判别,并根据零模与一模电压传播特性的差异判定故障极,实现保护的选择性与高可靠性。结合直流电网的PSCAD模型,验证了所提出方案在不同故障情况下的保护性能,并分析了保护对运行方式改变的适应性。     

基于高压直流输电线路分布参数模型的模态电流差动保护算法

高压直流输电传输线分布电容电流会造成电流差动保护无法立即区分区内外故障,为避免保护误动作需要增加保护时间延迟和阈值,大大降低了电流差动保护的动作速度和灵敏性。为了使电流差动保护不受传输线分布电容电流影响,在基于传输线分布参数模型上考虑了正负极线路耦合特性,提出了适用于高压直流输电线路的模态电流差动保护算法。该算法以共模补偿电流作为故障识别依据,以差模补偿电流作为故障选极依据。该模态电流差动保护算法在故障期间可以进行故障选区和故障判极,且灵敏度高、动作速度快。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该保护方法的可行性和有效性。     

基于VMD能量熵的混合双端直流输电线路纵联保护方案

为提高混合双端高压直流输电线路故障快速清除能力,确保输电系统安全运行,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)能量熵的混合双端直流输电线路纵联保护方法。根据高压直流输电线路边界元件两侧的电压能量不同,同时考虑故障类型以及过渡电阻的影响,构造了电压故障分量的能量熵保护方案。将故障时测量点采集的电压故障分量进行VMD分解,得到若干固有模态分量并计算能量熵。根据区内外故障时电压故障分量的能量熵大小不同构造区内外故障判据,由正负极电压故障分量的能量熵之比构造故障极判据。通过PSCAD/EMTDC建模仿真,并利用Matlab结合保护判据对该方法进行验证。结果表明,该保护方法快速性好、可靠性高、耐过渡电阻能力强。     

利用单端暂态量实现超高压输电线路 全线速动保护新原理研究（一）——故障暂态过程分析及实现单端暂态量保护的可行性

在综述暂态量保护特别是反应是单端暂态量的超高压输电线路全线速动保护的基础上,利用输电线路的波传导方程分析了故障暂态过程是由于故障点行波在输电线路上多次折、反射的叠加而形成。母线的杂散电容和阻波器等的存在,使得区内、外故障产生的暂态分量有差异,这种差异主要表现在暂态电压、电流波形的高频分量部分。利用DSP硬件手段和小波分析的数学工具,可以构成单端暂态量保护,实现全线速动。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。     

考虑短路及断线故障的有源配电网保护

分布式电源大量接入和极端灾害导致的复杂故障形态,使得有源配电网保护面临新的挑战.基于分析不同故障类型区内外故障时电压故障分量的特征差异,提出一种基于电压故障分量比较的保护新方法.所提方法利用电压故障分量推算公式以及实测的线路一端的电压故障分量、电流故障分量求取线路另一端的电压故障分量,将推算得到的电压故障分量与实测的电压故障分量求比得到电压故障分量比值,再利用电压故障分量比值识别线路内外部故障,从而能够兼顾有源配电网在短路故障、断线故障等不同故障场景下的保护需求,且具有不受不可测分支影响、不受分布式电源渗透率影响、耐受过渡电阻能力强等优点.