基于聚类中心距离度量的柔性直流配电线路保护原理

针对现有柔性直流配电网单端量保护选择性差、双端量保护速动性差、数据同步性要求高等问题,提出一种基于聚类中心距离度量的柔性直流配电线路保护原理。该原理仅用单侧电流作为特征量,通过模拟线路不同位置发生不同类型短路故障,并结合实际发生的故障,采集故障后线路上的电流数据经处理后组成历史数据样本;利用K-means聚类算法得到不同类型故障下的最佳聚类中心,再通过比较实时数据与各聚类中心的距离实现故障识别与选极。该原理无需复杂的特征量提取和计算过程,避免了常规电流保护复杂的定值整定。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明,所提保护原理具有良好的选择性和速动性,且与常规基于本地信息的电流保护相比耐过渡电阻能力有所提升。     

基于电流斜率的多端柔性直流输电线路保护方法

文中研究了多端柔性直流输电系统在各种故障情况下的故障特征,根据理论分析得出当发生内部故障时,故障线路两端的故障电流方向是相同的,非故障线路两端的故障电流方向相反。提出了一种基于电流斜率的选线方法。通过比较线路两端故障电流的斜率,可以有效地识别出故障线路,可用于柔性直流输电系统的后备保护。最后,利用PSCAD/EMTDC软件建立了张北四端柔性直流电网的仿真模型,并对所提出的保护原理进行了仿真验证。     

基于拟合电流斜率特性的柔性直流配电线路纵联保护方法

光伏、风电等低碳清洁可再生能源和多样化负荷的接入促使直流配电网成为新的研究方向。为提高其供电可靠性,需对配电网系统进行故障特征分析。针对直流故障线路与换流器直流侧电容构成放电回路的前期阶段,提出一种适用于柔性直流配电线路的纵联保护新方法。该方法基于最小二乘法,并以故障电流采样数据拟合曲线斜率的方式,识别故障后直流线路两端电流的发展趋势,进而快速准确地判别直流线路故障。通过PSCAD/EMTDC建模仿真,验证了该方法的有效性及较高的可靠性。     

基于首行波主频分量的柔性直流输电线路单端量行波保护EI北大核心CSCD

基于传统柔性直流输电线路行波保护存在耐过渡电阻能力不足,保护整定缺乏依据的问题。该文首先分析区内、外故障保护安装处首行波频率分量的衰减特征,揭示区内故障首行波频率分量衰减规律,区内、外故障首行波频率分量衰减差异性。然后,深入分析保护安装处故障首行波解析式,增强高频分量在能量计算中的影响,构造出能够反映故障位置和线路边界衰减特性的首行波主频分量。首行波主频分量解析式表明主频分量随故障距离增加而减小,区内、外故障首行波主频分量存在显著差异。在此基础上,提出一种基于首行波主频分量衰减特征的单端量行波保护方法,该方法充分利用了首行波全频段信息,原理上不受过渡电阻的影响且主频分量解析式也为保护阈值整定提供了理论依据。仿真结果表明所提保护方案能够快速准确识别区内、外故障,首行波主频分量能有效反映故障位置,整定简单易行,耐过渡电阻能力较强,在不同网络拓扑结构下具有较强的适应性。     

柔性中压直流配电网线路保护方案

针对"手拉手"多端柔性直流配电系统的中压直流线路,设计了基于通信系统和直流断路器的继电保护方案。首先,介绍了柔性直流配电系统的配置和中压直流系统的故障特性;其次,针对系统危害较大的极间短路故障和小电阻接地故障,依靠电流量信息,根据每一保护安装处的线路电流状态矩阵,设计了能够识别故障类型和故障区间、在5ms内隔离故障的速动保护;针对系统可能出现的大电阻接地故障情况,设计了以电压不平衡量作为启动判据,根据同一保护安装处的正负极不平衡电流状态矩阵,实现故障定位和故障隔离的后备保护;并针对可能出现的保护拒动或通信装置失灵现象设计了第一级远后备保护和第二级远后备保护;还考虑了保护系统和控制系统的配合以保证非故障区域的正常供电。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提保护方案的有效性。     

基于GRU网络的柔性直流配电线路保护方案

针对柔直配电线路保护存在的阈值整定困难、高阻故障时保护容易拒动和噪声干扰下灵敏性低等问题,提出一种基于门控循环单元(gate recurrent unit,GRU)深度学习模型的柔直配电线路保护方案。首先,分析了基于限流电抗器的线路短路故障的幅频特性,并利用广义S变换提取频域特性下的故障特征量,将其作为GRU网络的输入数据。然后,构建并训练GRU深度学习模型,提取时间序列下故障样本的深层次特征,并结合支持向量机(support vector machine,SVM)分类器,实现故障快速识别和隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了保护方案的可行性,仿真结果表明该方案的抗干扰能力强,灵敏度高,满足直流保护的可靠性和速动性要求。     

基于前行波波形特征的柔性直流输电线路单端行波保护

柔性直流输电具有更好的新能源消纳能力，对于解决大规模新能源的消纳问题具有重要意义。而现有保护原理在雷击干扰下会发生误动，相应雷击干扰识别判据硬件要求高或理论性不强。针对该问题，提出了一种基于前行波波形特征的单端量保护原理。与区内短路故障相比，区外短路和雷击干扰行波时域特征体现为波头变缓以及波尾下降，利用通式参数分别对上述波形特征进行描述，并据此分析故障前行波的波形特征，最后提取能表征波头陡度和波尾下降的前行波波形特征实现区内故障的有效识别。仿真验证结果表明该保护方法能有快速有效的完成故障识别，且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗雷击、噪声干扰能力。     

基于模量行波差异的柔性直流输电线路单端量保护方法

在柔性直流输电中,基于波形特征的行波保护在近端或对近端故障时易受后续行波影响,保护范围存在死区;且发生区外非金属性故障时故障处电压并非阶跃波,若以故障处电压为阶跃波开展原理研究,则也会影响保护的动作性能。针对以上问题,首先解析发生区内、外故障时故障处电压波形差异的原因,然后分析线模与零模电流之间的差异性,进一步得到反映区内、外故障的模量行波差异通项。为避免区外非金属性故障的影响,在此基础上利用不对称故障下行波的折反射特征,提出模量行波差异与折反射特征相配合的单端量保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提保护方法能有效解决近端故障下保护拒动的问题且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力,此外还避免了区外非金属故障的影响。     

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究

结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护配置和直流线路故障定位方法。首先根据实际工程的电路拓扑结构,明确了柔性直流配电网保护区域的划分方法。其次结合MMC换流器及直流配电网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。最后针对直流线路"T"接负荷与微电网的特点,重点介绍了直流线路单极故障、双极故障及断线故障的保护配置和故障定位方法。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于MMC的直流配电网仿真模型,通过仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。     

柔性中压直流配电网线路加速纵联保护

分布式能源蓬勃发展和城市直流负荷快速增长,进一步夯实柔性直流配电网在城市的重要地位.文中以四端柔性中压直流配电网为研究对象,针对架空线频发的瞬时故障,提出具有速动性工程需求的加速纵联保护方案.该保护方案由启动方案、重合闸后瞬时性故障判别、永久性故障类型和故障区域识别组成.为降低加速保护第1次动作造成的误动,设计启动方案...     

基于限流控制与保护协同的柔性直流配电线路整体保护方案EI北大核心CSCD

柔性直流配电线路故障后的过电流极高,需要通过限流的方式降低对高开断电流断路器的需求,而限流后现有的保护原理可能会失效,因此,限流技术与保护原理的结合已成为目前直流配电系统发展的迫切需求。为此,利用控保协同思想,提出了一种全周期限流控制策略与相关性保护原理协同的柔性直流配电线路整体保护方案,能够在限流的同时实现故障识别。所提出的全周期限流控制策略在故障发展的前、中、后期利用不同的限流环节有针对性地抑制故障电流,极大地减轻了直流配电网对于高开断电流断路器的需求;与此同时,利用Pearson相关系数综合描述线路两侧正负极电流极性及波形突变特征,可以同时识别区内外故障并且区分故障类型,减少保护冗余,在限流控制策略作用下仍能够可靠动作。在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)中的仿真结果表明:限流控制策略有效降低了故障电流,并且增强了线路两侧电流之间的相关性;保护能够可靠识别故障,不需要严格的通信同步,且不受过渡电阻、数据窗长和噪声的影响,有较好的应用前景。     

基于电容放电特征的柔性直流配电网线路保护方案

针对换流设备直接接入直流母线的双端柔性直流配电网的保护配置问题,提出一种基于单端电气量的线路保护方案。首先分析了双端柔性直流配电网的直流线路故障特征,其次重点分析了处于不同母线处的换流器并联电容之间的放电特征差异。结合该差异设计出能够有效识别故障区域、在5 ms内隔离故障的主保护。同时为解决主保护可能存在检测失败的问题,设置了利用过电流判据以及动作延时的后备保护方案。最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型验证了所提方案的有效性。     

基于电压回升比的混合直流线路主保护新原理

由于混合直流输电系统电网换相换流器——模块化多电平换流器（line commuted converter - modular multilevel converter,LCC-MMC） 存在弱边界特性,电网换相换流器（line commuted converter,LCC）侧耐受过渡电阻能力较弱,导致现有的高压直流线路行波保护原理适应性不足。在定量分析直流线路边界特性和故障特征的基础上,针对LCC侧线模电压首行波波头的“尖峰-回落”特征,构建了基于线模首行波电压回升比的主保护新原理。通过计算保护时窗内电压跌落值和回升值之比判别故障区域,并提出了消除保护死区和识别雷击干扰的辅助判据。仿真结果表明,所提方案能在100 μs内实现故障选区,且对采样率、对侧电抗器数值、过渡电阻和雷击干扰等具有较好的鲁棒性,较现有行波保护原理具有明显的性能提升。     

基于限流电抗电压积分值的环状柔性直流配电网保护方案

直流故障电流上升速度快,故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用。为此,基于系统复频域模型提出一种基于直流线路限流电抗电压积分值的多端直流环网故障快速检测方法。首先,详细分析了多端环状柔性直流配电网中各元件的时域和复频域等效模型。在此基础上,给出了限流电抗电压的计算方法,其实现了系统等效模型在时域和复频域上的转化,求解简单,建模难度低,且对不同系统的建模有普适性。其次,提出一种基于限流电抗电压积分值的故障检测方法,其抗噪能力强且具有一定的耐受过渡电阻能力。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了所提计算方法的正确性和保护方案的可行性。     

柔性直流系统断路器保护配合研究

文中针对直流断路器与柔性直流系统的保护配合进行分析,理论分析了保护配合可行的策略和方式,进而针对不同电压等级下的直流系统实例,结合断路器样机测试结果,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时保护配合对系统参数和断路器参数的要求。仿真结果表明,不同保护策略下对系统耐受能力和直流断路器开断性能要求不同,需要根据系统特点选择不同的保护策略。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

基于单端高频电流量的MMC-MTDC输电线路保护方案

为克服传统高压直流输电线路保护利用单端电气量无法可靠区分区内、外故障的缺陷,提出一种通过广义S变换提取直流线路故障电流高频频带幅值特征的单端量保护新方法。该方法在配备有混合直流断路器的直流线路发生故障时,利用1000～2500 Hz各采样频率电流横差值在区外明显小于区内的特征,构造了区内、外故障判据。利用300～1000 Hz的特征频率在单极接地故障时故障极特征频率电流幅值比非故障极大,以及两极短路故障时两极的特征频率电流幅值近似相等的特征,构造了故障启动判据和选极判据。在RTDS仿真平台搭建了风光储联合发电站经高压直流外送的三端柔性直流输电系统模型。仿真结果表明,所提方法能快速、可靠地识别故障类型和故障范围。同时,仿真验证了基于混合直流断路器的直流故障穿越方案的有效性。