含逆变型分布式电源配电网的新型纵联保护方案

中小容量逆变型分布式电源(IIDG)分散接入使传统单源中压配电网变为多源网络,常规过电流保护难以适用,且基于电力电子接口的分布式电源外输出特性和故障暂态特性与同步发电机相比存在明显差异。为此,提出了适用于有功/无功解耦控制(PQ控制)IIDG的等值模型,该模型能够准确刻画出具备低电压穿越能力IIDG的电流输出特性和故障暂态特性。在此基础上,通过研究馈线公共联接点(PCC)正序电压计算值的分布特征,在PCC线路两侧无需增加额外设备的原则下,提出了适用于高渗透率IIDG分散灵活接入的配电网全线速动双端纵联保护方案,降低了多端保护对纵联通道的需求,提高了电网经济性。最后,通过PSCAD/EMTDC验证了所提等值模型的准确性以及保护方案的有效性。仿真结果表明,由该等值模型所获取的IIDG电流的最大相对计算误差≤5%,且所提保护方案不受IIDG出力、故障类型、故障位置等因素的影响。     

逆变电源T接电网后对纵差保护的影响及准入容量分析

当光伏电站、风机等逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)T接入高压配电线路后,对纵联差动保护的可靠性与选择性带来了影响,保护范围内经过渡电阻发生短路故障时,易发生拒动现象。针对此问题,根据IIDG的故障特性,推导了T接IIDG后双端电源系统经过渡电阻发生不对称短路故障时的复合序网,进而推导了纵联差动保护中差动电流的计算公式。然后利用Matlab仿真软件重点分析了IIDG并网位置固定时,故障位置、故障类型、过渡电阻、IIDG容量以及两侧系统等值电势相角差对差动电流的影响,并在此基础上提出纵联差动保护影响下IIDG准入容量的计算方法。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台,对提出的IIDG准入容量计算方法的正确性进行了仿真验证。     

适用于含分布式电源配电网的纵联保护方案

针对含分布式电源(DG)配电网,在对线路相间短路故障分析的基础上,得出在规定的DG渗透率及逆变器输出电流限制下,故障线路两侧电流幅值不相等的结论。基于故障线路两侧电流幅值差异提出适用于含DG配电网的新型纵联保护方案。保护判断所需电气量为线路两侧故障电流幅值以及保护线路外侧的等效测量阻抗。判据的实现不依靠采样值同步环节,与传统纵联差动保护相比对通信系统要求较低。同时,算法对逆变型DG等值模型不确定性也进行了一定的考虑,以保证新方案的实用性和正确性。     

T接逆变型分布式电源和负荷的馈线纵联保护新原理

逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generator, IIDG)的接入改变了馈线的潮流分布和故障特性,给传统馈线电流保护方法带来了挑战。为此,首先研究采用PQ控制策略的IIDG故障等值模型,分析含T接IIDG和负荷的馈线的故障特征,并构建基于正序电压幅值的故障特征量,该特征量能准确反映区内故障;分析不同故障位置、IIDG与负荷的接入位置对故障特征量的影响,提出一种基于正序电压故障特征量的馈线纵联保护新原理,该方法能够避免保护出现死区情况,对线路全长进行保护。为进一步提高保护性能,利用IIDG退出运行时的故障特征量构造辅助判据,以规避IIDG意外退出运行时保护误动作的风险。仿真测试结果验证了所提方法的有效性。     

基于5G信道的含无测量分支线路综合保护方案

现有配电干线常接有若干无法测量的分支,传统三段式过流保护应用于此类线路时灵敏性和快速性均有欠缺,相量差动保护则存在区外故障制动量过大导致区内故障不灵敏的问题。以5G代替光纤通道作为配电网双端量保护的通道,提出面向含无测量分支配电线路的一套综合保护方案。首先分析含无测量分支线路区内外故障时两侧负序电流相位特征,提出负序电流比相式保护判据;再者,为应对5G通信同步性能不能保证甚至失步的工况,引入正序电流幅值差动保护;在通信中断或正序电流幅值差动保护未启动等极端情形,采用三段式过流保护,最终形成一套完整的配电网线路综合快速保护方案。通过在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV有源配电网模型,设计多组对比算例进行验证,仿真结果表明了所提保护判据和方案的有效性。     

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。     

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。     

基于正序阻抗幅值比的风电场送出线路纵联保护

针对风电场送出线路纵联保护在数据延时传输及异常采样数据下保护性能不佳的问题,提出了基于正序阻抗幅值比的纵联保护。通过分析风电系统送出线路发生区内外故障时正序阻抗幅值特征,得出区内外故障下双端正序阻抗幅值差异比特征不同。引入综合层次聚类(balanced iterative reducing and clustering using hierarchies, BIRCH)方法剔除正序阻抗幅值序列中异常采样数据,形成不含异常采样数据的故障时间序列聚类特征,并结合双端正序阻抗幅值差异比特征,构造不受数据延时传输影响的纵联保护判据。仿真结果表明,所提出的纵联保护不受系统运行工况、故障类型、数据延时传输及异常采样数据的影响。在过渡电阻达到150  时,所提出的纵联保护仍能正确判别故障方向,具有较强的抗噪性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。     

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。     

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。     

Transmission line individual phase impedance and related pilot protection

This paper proposes a kind of new Individual Phase Impedance (IPI) and a novel pilot protection scheme for transmission line based on the IPI. The IPI is calculated by the ratio of the voltage difference of fault-superimposed component to the current difference of fault-superimposed component at both terminals of the protected line. The IPI has accurate mathematical expressions and reasonable physical definitions for various line models. The calculated result of IPI can be used to distinguish the internal faults from the external faults. When the IPI is identical to the value of line positive-sequence impedance, the external fault is detected; otherwise, the internal fault is detected if it differs from that value. The feature of the pilot protection scheme is that the inter-phase coupling relation and the distributed capacitance based on the three-phase line model are directly considered and included in the IPI expression. The novel pilot protection can be used for long distance HV transmission lines with some preeminent performances which are deficiency in the conventional directional comparison pilot protection and current differential protection. The test results obtained by EMTP simulation and from a laboratory model of a simplified real power system have demonstrated that the pilot protection is of high reliability and good adaptability.     

基于改进电流相差保护的微电网保护方案

针对微电网在并网运行和独立运行时不同故障特性以及微电网潮流的双向特性,引入了一种基于改进电流相差保护的微电网保护方案,该方案以IIDG输出端电压为起动判据,结合母线两端电流相位差判据,保证微电网在两种运行状态下都可以准确的区分区内外故障并切除故障线路。在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行了算例仿真,验证了基于改进电流相差保护方案的有效性和可靠性。     

基于测量阻抗变化的含IIDG配电网保护研究

含IIDG配电网,由于电力电子器件的限流控制以及不同的控制策略,会导致传统保护失效。因此提出了一种通过采用故障前后线路两端测量阻抗幅值的差值变化和线路两端测量阻抗相角差变化为判据的含IIDG配电网保护方案,该方案可以实现配电网区内外故障的有效识别,实现保护的正确动作。方案的有效性通过PSCAD/EMTDC仿真软件进行了验证。     

海上风电柔性直流送出线路的纵联保护方法

海上风电柔性直流送出系统常采用伪双极接线.当发生单极接地故障时,电流纵联保护不能可靠地区分区内、外故障.针对该问题,提出了一种适用于海上风电柔性直流送出线路的行波方向纵联保护方案.分析了伪双极直流系统的单极接地故障特征,提出了电流纵联保护在海上风电柔直送出线路的问题.基于行波原理,提出了不受暂态分布电容电流影响的保护方...     

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。     

基于改进动态时间弯曲距离算法的直流配电网线路纵联保护方案

故障阻断型换流器构建的直流配电网采用主动限流控制后,将导致故障电流特性复杂化,严重影响保护的动作性能。在对直流配电网主动限流控制下故障电流特性进行分析的基础上,根据区内、外故障下线路两侧电流波形的差异,提出了一种基于改进动态时间弯曲距离(DTW)算法的线路纵联保护方案。该方案利用线路两侧电流采样值时间序列计算DTW,根据区内故障下DTW值远大于区外故障下DTW值的特征识别故障线路。通过电压梯度构成启动判据,对DTW算法起始时刻进行自校正,同时引入加权函数对DTW算法进行改进,以抑制边缘效应,从而有效降低同步误差对保护的影响,提高保护可靠性。算例分析表明所提保护方案在不同电网运行方式下均可正确区分区内、外故障,适应性强,同时具有良好的耐受过渡电阻和分布电容电流的能力。     

逆变式电源接入下的配电网自适应距离保护方案

以光伏、储能为代表的逆变式电源(inverter interfaced distributed generator, IIDG)大量接入配电网,使得传统距离保护受到巨大干扰,同时存在拒动或误动的风险。针对此问题,分析了含IIDG配电网不同类型故障下的复合序网,利用IIDG侧正序故障分量求取不同故障下的附加阻抗角。结合故障下阻抗的复平面关系,计算线路故障位置对应的短路阻抗,得到了一种真实短路阻抗求解办法。提出了一种适用于逆变式电源接入下的自适应距离保护方案。该方案求解过程利用IIDG侧单端电气量,解决了距离保护受IIDG故障输出受控特性和过渡电阻影响的问题,在有效降低配网通信成本的同时不受故障位置变化的影响。通过实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)对该保护方案进行了验证,结果表明其在不同类型故障下都有较好的选择性和可靠性。     

应用两端电流采样值二维空间映射分布特征的线路纵联保护

针对传统纵联保护在区外故障伴随电流互感器饱和时发生误动作的问题,提出一种基于线路两端电流采样值映射于二维空间分布特征差异的线路纵联保护新方案。该方案以线路两端电流采样点(母线指向线路为正方向)为坐标点映射于二维空间,在线路正常运行和外部故障工况下,映射点位于二维平面坐标系的第二、四象限;而内部故障工况下,映射点位于平面坐标系的第一、三象限。仿真和动模试验结果表明,所提方案能快速有效识别输电线路中出现的各类故障,对伴随电流互感器饱和及异常数据的故障也能正确识别。