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。     

利用信号距离识别的高压直流输电线路保护方案

为了改进传统高压直流差动保护的动作可靠性,提出了一种基于信号距离识别的高压直流输电线路保护方案.通过对高压直流输电系统在不同故障情况下线路两端电流变化特征进行分析发现,直流线路发生内部接地故障后的暂态过程中,两端电流变化极性相反,电流波形差异度较高,而在线路外部故障时,两端电流变化极性相同,且电流波形相似度较高.在此基...     

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。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

高压直流输电线路电流差动保护新原理

通过分析直流系统控制特性作用下的输电线路故障特征,提出了一种新的高压直流输电线路电流差动保护原理.在分布参数模型基础上,利用两端换流站电压、电流量分别计算区内某点处两侧电流之和.区内故障时,得到的电流与故障支路电流相关,其值较大;区外故障及正常运行时,计算得到的是误差电流,其值很小.与行波保护相比,该保护能够可靠识别区内、外故障,可以在故障全过程投入,且具有可靠性高、对采样频率要求低、计算简单等优点.与现有的直流线路电流差动保护相比,该保护不受分布电容电流影响,故在暂态过程即可动作而无须等待暂态过程结束,动作速度快.仿真结果表明,在各种工况下,该保护都能灵敏、可靠地区分区内、外故障.     

基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。     

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。     

基于形态学的特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护

提出一种基于形态学的特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护方法,根据故障电流行波方向判定故障发生在本侧区外,或者本侧区内/对侧区外,根据边界及线路对高频信号的衰减特性判定故障发生在本侧区内还是对侧区外。利用整流侧保护安装处获取的故障暂态电流信号结合多分辨形态梯度(MMG)变换,提取电流信号在突变点的极性,提出电流方向元件原理及判据。对整流侧保护安装处检测到的暂态信号进行形态谱运算,并将形态谱归一化后的值转换到频域,通过比较在频域内的形态谱判断故障在对侧区外还是本侧区内。仿真结果表明所提方法能准确区分本侧区外、本侧区内和对侧区外故障,实现特高压直流输电线路全线保护。     

特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护

提出一种特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护方法。来自特高压直流输电线路本侧区外和来自对侧的故障电流在突变方向上具有明显的差异,据此判断故障信号来自对侧还是本侧区外;如故障信号来自对侧,则利用希尔伯特黄变换求出故障信号的第一个固有模态函数(IMF1)瞬时频率,提取瞬时频率最大值从而判断故障位于对侧区内还是区外。给出一种特高压直流输电线路单端电流暂态保护方案。在PSCAD仿真平台上对提出的方法进行仿真验证。     

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。     

A novel pilot protection principle for VSC-HVDC cable lines based on fault component current

This paper presents a novel pilot protection principle for VSC-HVDC cable lines based on fault component current. In the transient process of cable line, if a fault occurs over the cable line, the current measured at both convert stations would have the same changing direction and the signs of the fault component current at both convert stations are the same to each other; otherwise, if a fault occurs beyond the cable line, the current measured at two convert stations would have the opposite changing direction and the sign of the fault component current at both convert stations are opposite to each other. According to this characteristic, the directional element can be located at both convert stations and state signal can be sent to the other station. Thus, the pilot protection principle can be implemented only using two terminal current. In addition, the setting principle is proposed based on fault component current in this paper. The proposed pilot protection principle is simple, reliable, and practical. It can be implemented with a low sampling rate and does not need the current data synchronization seriously. Compared with current differential protection, the proposed method has a low requirement on baud rate. At the same time, various faults are simulated by using the system of VSC-HVDC built in PSCAD/EMTDC, in which frequency-dependent parameter cable line model is adopted. The simulation results show that the method can identify the fault reliably and rapidly in different conditions only using the current measured at both convert stations and has sufficient sensitivity for high resistance ground fault.     

判断隔离铁路自闭、贯通电力线路短路故障的方法

阐述了铁路10kV自闭、贯通电力线路的运行方式和特点,提出了一种用时标分组判断隔离铁路自闭、贯通电力线路短路故障的新方法。将故障电流转换成带时标的遥信信号上传,通过综合考虑故障点前后高压负荷开关流过电流及其在自闭、贯通电力线路的位置,主站对带时标的信号分组以判断线路短路故障区段。利用程序控制故障点两端远动负荷开关进行分闸操作,对相邻配电所相关断路器进行合闸操作,以达到自动隔离故障的目的。实例表明可在90s之内自动隔离故障区段并恢复供电。     

逆变站交流出线保护近区故障方向判别方法

逆变站作为交直流混合电网的核心枢纽，其故障特性相较于传统同步机更加复杂。逆变站交流出线发生故障时，受逆变站故障特性影响，传统基于工频量的保护无法正确动作。通过分析逆变站交流出线两端系统故障特性差异，基于R-L模型时域微分方程算法，提出了一种新型方向元件。当逆变站交流出线发生短路故障时，直流系统侧提供的故障电流和受端交流系统提供的故障电流特性差异极大，通过计算测量电压降落和计算电压降落变化趋势的相关系数，所提方向元件可正确判断故障方向。分析表明，所提出的方向元件适用于逆变站交流出线线路保护，且在逆变站仅有一条出线的情况下仍能正确动作。仿真结果表明，该方向元件具有良好的保护性能，不受雷击、故障类型、逆变站换相失败等因素的影响。     

混合直流系统中直流侧故障暂态电流的解析表达与故障特性的研究

由基于线性换流器高压直流输电系统(LCC-HVDC)和基于电压源换流器高压直流输电系统(VSC-HVDC)共同构成的混合直流输电系统,其故障特性与传统直流输电系统不同。针对此问题,对混合直流输电系统中直流侧故障暂态电流特性进行了研究。首先建立了送端电网采用LCC型换流站、受端电网采用VSC型换流站的两端混合直流输电系统,利用拉普拉斯变换定理推导了直流侧故障时的等效电路,解析了LCC侧和VSC侧直流故障电流简易表达式。其次,在简易表达式的基础上,充分考虑送端LCC侧换流站的触发角动态变化过程和受端VSC侧换流站交流电流的馈入,进一步解析了两侧精确的故障电流表达式。然后,从故障电流幅值、谐波等方面对比分析了三种高压直流系统中直流侧故障电流的变化特征。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了所提故障电流解析表达式的正确性。     

基于检测暂态高频电流的配电网故障处理方法研究

针对故障暂态电流产生自故障点并向线路末端传播的特点,设计了基于暂态电流边界保护原理的故障区段判断方法。在馈线各分段开关处即各供电区段边界处安装故障判断装置,其实质为并联在馈线上的谐振电路,使得在谐振频段附近的电流成分被衰减。通过比较边界两侧特定频段电流成分的差异,自主判断故障区段。对开关两侧电流互感器输出的三相电压信号进行模变换、抗混叠滤波、A/D转换、数字带通滤波处理后得到特征频段信号幅值,计算开关两侧信号能量,将两侧电流能量衰减比例同设定阈值相比较判断故障发生的范围。仿真分析了不同故障条件下故障点上、下游开关两侧电流和能量,以及相应的衰减比例。结果显示:该方法不受故障类型的影响,对不同的故障电阻及故障初始角也可保持良好稳定性。     

直流输电共用接地极线方式的保护特性

分析了传统接地极保护用于共接地极线模式时存在的不合理性。利用电路原理对共接地极线模式下各类故障时的电气参数进行计算得出:当接地故障发生在共接地极线处时,故障点离接地极点越近,各系统的保护装置测得的不平衡电流越小;当接地故障发生在各自独立接地极线上时,故障点离直流开关站越近,故障侧的保护装置测得的不平衡电流越大,与正常运行侧的保护装置测得的不平衡电流情况相反。由此得出:断线故障时的不平衡电流为固定值;单线故障对过电压保护影响不大;双极运行系统不平衡电流对保护的影响与其流入方向和大小有关。最后,针对故障电流特性,建议对不平衡电流保护进行故障定位及反时限功能的改进。     

含逆变型分布式电源花瓣式配电网单相接地故障特性分析

花瓣式配电网具有高供电可靠性,但闭环运行模式和逆变型分布式电源接入使其故障特性变得更加复杂.针对含逆变型分布式电源花瓣式配电网的单相接地故障,利用对称分量法推导了故障点接地电流、故障相电流及线路各序电流的公式,并揭示了各电流的变化规律,然后通过仿真对分析结果的正确性进行了验证.结果表明,随故障点按顺时针方向沿花瓣式环网...     

不对称双极多端柔性直流电网短路电流特性分析

含金属回线的不对称双极柔性直流电网的短路电流特性分析是其故障类型判别和故障隔离的基础。不对称双极电网发生各种故障时的短路电流具有相似的特性,难以区分。文中针对不对称双极多端直流电网的短路电流特性进行分析。首先,建立直流电网的等效电路,其中换流器和线路分别简化为RLC串联电路和RL串联电路;然后,基于建立的等效电路,分析了单端换流站的短路电流特性;最后,基于单端换流站短路电流特性,分析各换流站的放电回路,研究了不对称双极多端柔性直流电网在各种故障类型下的短路电流特性。中国张北双极柔性直流电网的仿真结果验证了分析得到的多端柔性直流电网短路电流特性的正确性。     

分布式光伏接入对配电网线路故障定位的影响分析

首先对配电网故障定位所采用的故障特征量（暂态零序电流）进行分析,根据光伏电站的控制策略与逆变结构研究其在电网发生故障后动作的暂稳态过程,得出光伏电站在电网发生故障后输出的故障分量对配电网故障定位采用的故障特征量不产生影响的结论,因此现有故障定位方法在光伏电站接入后仍然适用。PSCAD/EMTDC仿真结果显示在光伏电站接入前后配电网线路发生单相接地故障时系统的暂态零序电流波形不发生改变,改变光伏电站接入位置结论依然成立。     

直流输电单极故障引发接地极线路击穿的定位方法研究

为实现直流输电单极故障引发接地极线路击穿故障点的快速准确定位,缩短供电恢复时间,提出一种基于换流站故障录波的接地极线路击穿点定位方法。通过理论分析,得到直流输电单极故障情况下换流站中性母线电压U_(DN)振荡频率随接地极线路等效电感的变化规律,结合接地极线路模型并考虑参数频变特性的影响,构建了基于"频率—电感—距离"三者关系的击穿点定位算法。利用西南至华东某特高压直流工程实际故障案例对方法进行了验证。结果表明:该方法的有效性和精度满足实用要求,且无需额外增加换流站软硬件配置,便于工程应用。