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。     

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。     

基于能量分布的新能源场站送出线路纵联保护

随着新能源规模的提升,电力系统中电力电子装置的比例也在升高,使得送出线路的短路电流出现相角受控、幅值受限等特性,对以工频量为基础的传统保护带来了新的挑战。该文利用送出线路在区外、区内故障时故障差动电流所集中的主要频段的不同,通过定义信号能量来表征线路在区外、区内故障时故障差流集中频段的差异,给出了一种基于差动电流频段能量分布的纵联保护新判据。该保护方法不依赖工频量,受电力电子装置带来的短路电流新特性影响较小,针对不同类型新能源场站的送出线路均可应用。文中通过仿真对所提保护原理进行了验证,该保护方案动作时间最快可达3ms,并具有较强的过渡电阻耐受能力。     

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。     

基于余弦相似度的风电场站送出线路纵联保护

以风电为代表的新能源场站发电原理与同步机不同,导致其故障特性与同步机有较大差异,使得基于工频量的传统保护性能下降,甚至出现误拒动现象。为了解决工频量保护面临的问题,通过分析各类风电场站故障暂态电流特性,获知了各类风电场站与同步机的暂态电流波形特征存在巨大差异。当送出线路区内故障时,两侧暂态电流波形差异巨大;当发生区外故障时,线路中流过穿越性电流,两侧暂态电流波形差异很小。该文利用这种波形差异提出一种基于余弦相似度的纵联保护原理。仿真结果表明所提保护原理能够可靠识别区内、外故障,具有耐受过渡电阻和噪声的能力,且在常规采样频率下性能良好,适用于现有的各类风电场站。现场数据验证了所提保护的有效性,容易实现工程应用。     

基于时频特性相似度的新能源场站T接型送出线路高速保护

新能源短路电流呈现幅值受限的非工频特征,导致差动保护的动作性能下降。在分析新能源电源与传统同步发电机故障特性的基础上,提出基于时频特性相似度的新能源场站T接型送出线路高速保护原理。该方法首先利用压缩感知压缩高频率采样信号,传输低频率压缩信号,降低保护通信量。然后利用小波变换提取故障电流的时频特征,利用主成分分析法(principal component analysis, PCA)剔除时频特征的冗余信息,得到时频特征矩阵。最后利用堪培拉距离衡量时频特征矩阵相似度,提出基于时频特性相似度的高速保护原理。所提保护理论上可以在故障5 ms内可靠识别区内外故障,具有较强的耐受故障电阻和系统噪声的能力,并且适用于新能源弱出力的场景。硬件在环实验结果和现场录波数据验证了所提保护的有效性。     

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。     

基于波形相似度比较的线路快速纵联保护研究

针对基于工频量线路纵联保护动作速度受制于滤波算法数据窗以及抗干扰能力不足的问题,提出一种基于波形相似度比较的线路快速纵联保护算法。该方法利用故障发生后故障线路两侧波形间不一致形变的特征,通过Hausdorff距离算法对包括故障暂态时刻在内的任意时刻信号进行相似度比较,实现故障的快速识别和切除。该文结合算法特点提出对应的保护整定方法,并在整定的基础上分析算法的动作特性。针对原有Hausdorff距离算法受异常数据影响的缺陷,分析线路保护可能面临的异常数据特征,提出相应的改进策略。理论分析和仿真试验验证了所提算法的有效性和优越性。     

基于杰卡德相似度一体化判据的柔直线路纵联保护

基于双端法的柔直线路纵联保护通讯量大、动作时间长,并且受噪声干扰等因素影响较大,致使其整定困难。基于此,提出了一种基于杰卡德相似度一体化判据的柔直线路纵联保护方法。首先分析了柔直线路区内外故障电压电流变化率的故障特征,并分别构建了模拟量至逻辑量的转换关系,进而提出基于0.5ms数据窗下逻辑量比较的杰卡德相似度模型,基于区内故障的高相似度构建一体化判据实现故障类型的判别,无需故障启动及故障选极判据。最后双端基于逻辑量比较的纵联保护方案,实现柔直线路的快速保护,该保护方法原理简单,动作速度快,易于实现。利用PSCAD/EMTDC搭建的四端柔直输电系统模型,分别验证了区内外不同故障类型、高阻接地、噪声干扰等多种场景下的保护有效性。     

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。     

基于故障时域电流波形相似度的UPFC线路纵联保护

当统一潮流控制器(UPFC)检测到线路发生故障时,为避免其内部电力电子设备损坏,有必要快速导通晶闸管旁路开关(TBS)以旁路串联侧换流器,由于UPFC的结构发生改变,此时线路中的电气量也随之改变,从而导致原有保护难以适应当前状态.通过对比分析UPFC线路区内、外发生故障时,线路两端短路电流波形特征的变化规律,提出一种基...     

基于U-I特性的UHVDC线路纵联保护新判据

纵联保护是高压直流输电线主要保护之一。提出一种基于状态信息量比较的直流线路纵联保护新判据。建立以直流电压和电流为变量的U-I平面,分析实时捕获的U-I平面的动态轨迹,分别在U-I平面内区域Ⅲ和区域Ⅳ构建保护判据,最后将判断结果转换为状态信息,线路两侧通过交换状态信息量的纵联比较来识别故障位置。该保护方案仅利用故障时刻整流侧和逆变侧的就地电压和电流的瞬时轨迹判断,对同步性要求低,信息量小。仿真结果表明,所提方案具有较好的耐过渡电阻能力,可靠性好。     

基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据

根据不同类型故障下的输电线路两侧电流波形特点,从实用化角度考虑,结合Bhattacharyya距离算法,提出了基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据。通过仿真实验分析了该判据的动作特性和灵敏度等问题。仿真结果表明,利用Bhattacharyya系数进行线路两侧电流波形相似度比较的纵联保护,原理简单,可靠性和灵敏度高,能快速有效识别输电线路中出现的各类故障,并在区外故障引起某侧电流互感器饱和而导致波形缺失以及波形采样异常时能够可靠闭锁,具有很强的抗干扰性。     

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...     

电流差动保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性分析

新能源电源通过电力电子装置并网,其故障特性受控制策略影响而发生根本性变化,传统继电保护原理存在适应性问题。送出线路作为新能源场站电力外送的关键通道,其主保护电流差动保护能否正确动作对于新能源高效利用和系统安全运行十分重要。针对逆变型新能源场站,推导了逆变型新能源电源短路电流表达式,分析了各相短路电流之间的相位关系及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生不对称短路时电流差动保护在并网系统为强、弱两种情形下的动作性能。研究结果表明,送出线路发生两相短路时,差动保护在并网系统为弱系统时存在拒动的风险、为强系统时灵敏性下降但不会拒动;送出线路发生接地故障时,零序电流的存在使得差动保护在并网系统为强、弱系统时均能可靠灵敏动作。实时数字仿真器(RTDS)试验验证了理论分析。研究结论为逆变型新能源场站送出线路主保护配置提供了参考。     

基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护

提出了一种基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护方法。推导出电网故障下的风力发电机端口短路电流表达式,分析风电送出线路故障后故障电流的暂态特性。在此基础上,建立了风电送出系统的0模瞬时值模型。然后,利用区内外故障时模型差异特征构造0模电压波形相似度因子,进行故障定位。最后,通过仿真验证了该方法在各种单相接地故障情况下,均能正确识别区内外故障,不受过渡电阻和频率偏移影响。