基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护

“双碳”背景下,加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,已成为国家重大需求。但是,新能源电源等值内电势不稳定,与传统同步机电源特性存在本质差异,换流器控制导致故障电流幅值受限、相位受控,现有工频量保护性能下降,威胁电网安全稳定。该文提出基于状态估计的大规模新能源送出线路纵联保护原理,在考虑线路分布电容的基础上建立精确的线路模型,利用瞬时值的状态估计冗余特性提升了保护的速动性和可靠性,通过比较所建模型与实际模型匹配程度判别故障。仿真表明,所提保护方法能快速可靠判别各种类型的区内、外故障,保护判别时间不超过2ms,并具有较好的耐过渡电阻和抗干扰能力。     

基于斯皮尔曼等级相关系数的新能源送出线路纵联保护

新能源电源均直接或间接通过电力电子装置并网,其故障电流幅值受限、相角受控、谐波含量高、波形非线性度强,与传统同步电源有着明显区别。传统比率制动式差动保护的动作性能面临挑战。为解决该问题,文中提出了基于斯皮尔曼等级相关系数的送出线路纵联保护方法。当正常运行或者区外故障时,流过送出线路的是穿越性电流,因此两侧电流波形完全相反。当发生区内故障时,两侧暂态电流波形存在巨大差异,因此可以利用斯皮尔曼等级相关系数量度两侧电流波形的相关程度,从而区分区内、区外故障。该方法适用于各类新能源场站,且具备较好的抗过渡电阻和抗噪声能力。同时,与现有基于新能源故障特征的保护相比,该方法在新能源弱出力以及重合于永久性故障时也表现出了较好的动作性能。仿真结果和现场录波数据均证实了该方法的有效性。     

基于Tanimoto相似度的光伏场站送出线路纵联保护

受逆变器耐流能力及控制响应特性影响,光伏电源短路电流幅值受限、相角受控,导致比率式差动保护性能下降,光伏场站送出线路缺乏有效的主保护原理。为解决该问题,在分析光伏场站故障特征的基础上,引入Tanimoto相似度刻画光伏场站与同步系统短路电流之间的波形差异。分析了区内、区外故障时相似度系数的变化,最终构造了基于Tanimoto相似度的纵联保护新原理。仿真结果表明该方法能够正确反映区内、区外故障,适用于光伏场站弱出力场景,对高阻故障具有良好的识别能力。     

基于余弦相似度的新能源场站T接型送出线路纵联保护

新能源场站T接型线路保护受新能源电源短路电流幅值受限、畸变的故障特征以及T接型线路拓扑影响,传统电流相量差动保护不能同时满足区外故障可靠性与区内故障灵敏性,存在误、拒动风险。因此,在分析T接型线路对基于余弦相似度纵联保护主判据影响的基础上,提出了基于余弦相似度特征判据的T接型线路纵联保护。综合考虑了电流互感器饱和、发展性故障与电流互感器二次侧断线的影响,研究了相应辅助判据。仿真结果表明,所提保护原理能够在新能源场站T接型线路中可靠识别区内外故障,并应对电流互感器饱和与发展性故障场景,且在常规采样频率下动作性能良好,适应不同类型新能源场站的故障特征。现场数据验证了所提新原理保护的有效性。     

基于结构相似度与平方误差的新能源场站送出线路纵联保护综合判据EI北大核心CSCD

电力电子装置在新能源电力系统中的广泛应用,改变了传统电力系统的故障特性,使得传统保护动作性能下降、甚至存在误动和拒动风险,从而给电网的安全稳定运行带来挑战。在分析新能源送出线路两侧故障波形差异的基础上,提出了基于结构相似度与平方误差的纵联保护综合判据。该方法首先利用小波变换实时提取两侧电流中各频段的信息,通过结构相似度与平方误差综合判据识别区内、外故障。将所提综合判据固化在保护装置中,通过硬件在环动模仿真实验验证了所提原理的有效性:所提方法可解决新能源接入后差动保护动作性能下降问题,适应不同类型新能源场站,具有耐受过度电阻能力,与现有基于新能源暂态电流特征的保护相比,在新能源电源弱出力以及重合于永久性故障时动作性能更好。现场录波数据也验证了所提方法的有效性。     

新能源场站并网联络线纵联零序方向保护的整定研究

提出了新能源并网联络线零序方向纵联保护的整定方法。考虑了新能源场站的各种主变联结组别,包括YNd、YNdd、YNynd接线方式,推导了并网联络线区内与区外接地故障时线路两侧零序测量阻抗表达式。结果表明：并网联络线区内接地故障时,主变采用YNd、YNdd联结组别的新能源场站侧零序测量阻抗与联结组别有关,而主变采用YNynd联结组别的新能源场站侧零序测量阻抗与联结组别和系统运行方式有关。据此给出了新能源并网联络线零序正方向元件和反方向元件最大灵敏角和动作区的整定方法。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,各种故障情况下的零序阻抗角与分析结论一致,零序方向纵联保护能够正确可靠动作。     

基于电流幅值比的逆变型新能源场站送出线路T接纵联保护

逆变型新能源的内阻抗不稳定、相角受控,因此比率制动式差动保护面临巨大挑战。为解决该问题,提出了基于两侧电流幅值比的纵联保护方法,同时分析了该方法在场站T接情况下的适应性并提出了改进判据。所提方法只需传递标量信号,降低了对通信系统和同步能力的要求,且在重合于永久性故障以及场站失电情况下均能正确动作,原理简单可靠,具备工程应用价值。仿真结果表明所提方法能够正确区分区内外故障,录波数据进一步证实了该方法的有效性。     

基于纵联阻抗相角的输电线路纵联保护

提出了一种基于2个特定等效纵联阻抗相角之差值的输电线路纵联保护.该纵联阻抗是由线路两端各相电压故障分量相量差与电流故障分量相量和的比值计算而来的.将电压故障分量按测量端的正方向和反方向各平移一个线路全长的距离形成2个等效的纵联阻杭,利用2个等效纵联阻抗的相角差数值判断故障是否发生在区内.区外故障时,该相角差等于0°;区...     

基于故障电压行波能量比较的输电线路纵联保护

在分析线路两端故障行波关系特征的基础上,提出了一种基于故障电压方向行波能量比较的纵联保护新算法。该算法基于S变换,提取单频率电压方向行波能量,利用线路一侧电压反行波能量与另一侧电压前行波能量的比值构成保护判据。当被保护线路区外故障时,上述能量比值较小,趋近于1;而被保护线路内部故障时,该能量比值很大,能够明显地区分出线路内外部故障。文中对保护的原理判据和影响行波纵联保护的主要因素分别进行了仿真分析,仿真结果表明,所提出的纵联保护算法在小故障初始角下仍能准确识别区内外故障,动作速度快,可靠性高,且不受故障位置、故障类型、过渡电阻和母线结构等因素影响。     

基于特勒根定理的风场送出线路新型纵联保护

双馈风机和永磁直驱风机广泛应用于陆上风电场。受控制策略影响,送出线路故障时风场侧故障特性与同步机电源差异显著,使传统纵联保护性能下降。特勒根定理建立于基尔霍夫电压、电流定律,仅与电路拓扑结构有关,对含线性/非线性、时变/时不变元件的电路均能适用。将特勒根定理应用到陆上风场送出系统,建立了满足定理应用要求的线路故障拓扑结构图。以此为基础,分析了能够区分内、外部故障的特征量,提出了一种基于故障前后线路两端电压电流的新型纵联保护动作判据。利用风场多个故障案例的录波数据和基于PSCAD的仿真数据对所提判据进行验证及对比分析,证明了所提纵联保护方法的优越性和可行性。     

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。     

基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护

提出了一种基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护。该纵联阻抗是由线路两端各相电压故障分量差与电流故障分量和的比值计算而来的,利用这个阻抗的幅值判断故障是否发生在区内。区外故障时,上述阻抗的幅值明显大于全线串联正序阻抗的幅值;区内故障时,该阻抗的幅值明显小于上述定值。该保护不仅易整定、具有自选相功能,性能稳定、动作灵敏、适应性强,而且能有效抵御由线路电容电流和CT饱和所带来的影响。在EMTP数字仿真和动模试验中,建立一条1 000 kV、 500 km和一条500 kV 50 km输电线路的模型,后者还考虑了CT饱和,使用兰州东至咸阳750 kV的动模数据,进行了各种故障下仿真,结果表明所述纵联保护都能正确标示各种故障状态。     

基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护

提出了一种基于纵联阻抗幅值的输电线路纵联保护,该纵联阻抗是由线路两端各相电压故降分量差与电流故障分量和的比值计算而来的,利用这个阻抗的幅值判断故障是否发生在区内.区外故障时,上述阻抗的幅值明显大于全线串联正序阻抗的幅值;区内故障时,该阻抗的幅值明显小于上述定值,该保护不仅易整定、具有自选相功能,性能稳定,动作灵敏、适应性强,而且能有效抵御由线路电容电流和CT饱和所带来的影响.在EMTP数字仿真和动模试验中,建立一条1000 kV、500 km和一条500 kV 50 km输电线路的模型,后者还考虑了CT饱和,使用兰州东至咸阳750 kV的动模数据,进行了各种故障下仿真,结果表明所述纵联保护都能正确标示各种故障状态.     

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。     

基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护EI北大核心CSCD

为提高直流线路后备保护动作性能,提出一种基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护。利用S变换提取直流滤波器调谐频率下的故障电压、电流分量,计算前行波与反行波,分析证明调谐频率下的前、反行波在线路边界处满足全反射的关系。区内故障时,线路两端的前、反行波暂态调谐能量比值均接近于1;区外故障时,远离故障的一侧前、反行波暂态调谐能量接近1,而另一侧的比值非常大。区内、外故障时线路两端暂态调谐能量比值差异明显,可用来识别线路故障。该方法原理简单,门槛值便于整定,对通信的要求较低,适合作为高压直流线路的后备保护。PSCAD/EMTDC仿真结果证明,该保护在不同故障位置、故障类型的条件下均能准确判别区内、外故障,并具有良好的耐受高阻故障能力。     

基于综合阻抗的光伏发电并网联络线纵联保护

针对光伏发电并网联络线纵联保护灵敏度不足的问题,提出一种基于综合阻抗的光伏发电并网联络线纵联保护方法。分析了光伏发电并网联络线故障时,光伏发电系统的故障电流特征。建立了光伏并网联络线区内、外故障时的线路模型,构建了由线路两端电压电流之比得到的综合阻抗。当并网联络线区内故障时,故障相综合阻抗模值较小,非故障相的模值很大;并网联络线区外故障时,综合阻抗模值很大。据此构成保护判据,并利用线路等值电容计算保护定值。利用PSCAD建立光伏并网系统并进行了并网联络线故障仿真,考虑了不同故障位置、类型、过渡电阻及光伏出力大小等因素,仿真表明,所提方法能识别区内、外故障,且耐过渡电阻能力较强。     

超高压线路纵联保护配置方案

根据目前电力通信系统状况和线路保护的设备水平，阐明了用于超高压线路纵联保护传输信号的通信方式，例如载波、光纤及微波通道等，针对这些不同的通信方式的保护形式进行选择分析后认为，在考虑220kV及以上电压等级的线路纵联保护方案时，保护信号传输通道应首选复用数字通信电路，逐渐淘汰载波通道，保护形式应首选分相电流差动保护；允许式方向或距离保护复用通信通道，经RS－232串行口与通信终端连接，其起止式异步传输方式值得借鉴。     

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。     

基于电流变化量相似性的海上风电场交流送出线路纵联保护

交流送出线路是海上风电经柔直并网的重要组成部分。该线路故障时,呈现出明显区别同步机电源的故障特征,使得传统纵联保护难以满足可靠性与灵敏性的要求。结合故障后交流送出线路两侧电流变化量的特点,提出一种利用电流变化量相似性的纵联保护原理。以Kendall算法为基础,对交流送出线路内、外部故障时风场侧与柔直侧电流变化量的相关性进行定性分析,提出基于线路两侧电流变化量相关系数的保护判据。利用EMTP-RV仿真软件搭建了海上风电柔直并网系统模型。通过对故障类型、过渡电阻、分布电容、噪声、采样频率、数据窗长以及控制策略的仿真分析,验证了该方法的有效性与可行性。