直流馈入下的输电线路电流差动保护动作特性分析

基于不同交流系统故障下的直流系统等值故障分量电流暂态特性,分别对直流馈入环境下输电线路电流差动保护故障分量判据和稳态量判据的动作特性进行了分析。研究表明在一定条件下直流系统将降低电流差动保护动作的灵敏性,且故障分量判据受影响的程度更为严重;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证上述理论分析的正确性。     

直流馈入下的输电线路电流差动保护动作特性分析

基于不同交流系统故障下的直流系统等值故障分量电流暂态特性,分别对直流馈入环境下输电线路电流差动保护故障分量判据和稳态量判据的动作特性进行了分析.研究表明在一定条件下直流系统将降低电流差动保护动作的灵敏性,且故障分量判据受影响的程度更为严重;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证上述理论分析的正确性.     

混合MIDC馈入下的工频变化量阻抗方向保护动作特性分析

交流电网故障引发线路换相换流器高压直流(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)换相失败,改变了原有交流电网工频变化量方向保护动作特性。针对这一问题,建立了由电压源换流器高压直流(Voltage Source Converter HVDC,VSC-HVDC)系统与LCC-HVDC系统组成的混合多馈入直流(bybrid multi-infeed HVDC,HMIDC)输电系统模型,并与馈入同一交流电网的单条LCC-HVDC的交直流系统进行对比分析。结合分析工频变化量方向保护原理的特点,定量分析了在两种不同输电结构,同一换相失败情况下的等值工频变化量阻抗特性。基于PSCAD/EMTDC对两种不同结构的直流输电系统,以同一故障引发换相失败进行仿真分析,验证了理论分析的准确性和有效性。表明该HMIDC系统能改善LCC-HVDC换相失败对工频变化量方向保护的影响;理论分析方法为电网直流规划提供了评估依据。     

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...     

新能源经柔直送出场景下功角变化导致比相式距离保护不正确动作机制分析

新能源电源经柔性直流输电线路接入交流系统已经成为电力系统中的典型场景。以基于模块化多电平换流器的柔性直流(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)受端交流线路配置的正序电压为极化电压的比相式距离保护为研究对象,结合受端换流器的控制策略,分析了新能源经柔性高压直送出系统中柔直受端交流线路发生短路故障场景下该保护的适应性:在发生相间金属性短路故障情况下,距离保护存在区内短路拒动以及反向区外短路误动的风险。为探究保护不正确动作机制,首先在电压平面上分析了参量变化对距离保护动作行为的影响,揭示了距离保护内在的系统功角与短路容量约束,推导了距离保护正确动作的功角边界。通过将柔直侧系统进行合理等值,受端交流线路发生相间金属性短路故障后,受端换流器控制策略使得系统等值功角增大,距离保护特性位于动作边界,存在拒动/误动风险。利用RTDS建立了风电经柔直送出系统的仿真模型,分析了受端交流线路故障后系统的等值功角特征,验证了距离保护的不正确动作特性。     

直流馈入下的工频变化量方向纵联保护动作特性分析（二）故障线路的方向保护

基于不同换相失败情况下的直流系统等值工频变化量阻抗特性,结合工频变化量方向保护原理,分析了不同输电线路故障时,直流换相失败对故障线路工频变化量方向元件产生影响的机理,并对各种情况下导致故障线路工频变化量方向纵联保护拒动的条件进行了深入分析。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证了理论分析的正确性。     

基于联络通道电流检测的多馈入直流系统同时换相失败预防控制

受多馈入直流系统中各直流输电线路之间耦合特性影响,单一交流故障产生的谐波分量通过交流系统对多回直流线路进行干扰,易引发同时换相失败。基于换流器开关调制理论建立交流故障暂态过程中多馈入直流系统内谐波传变回路模型,分析谐波分量的产生机制和传变路径,分析交流故障导致多馈入直流系统发生同时换相失败的机理。将故障后多馈入直流系统内换相的动态演变过程划分为不同阶段,总结各阶段的换相特征发现,近端换流站发生换相失败后,通过交流侧联络通道扩散的故障电流分量引发同时换相失败的关键因素。提出基于联络通道电流检测的同时换相失败预防控制策略,通过检测联络通道异常电流使远端换流站对近端换流站发生的换相失败快速反应以减小发生同时换相失败的风险。以河南特高压多馈入直流系统为例进行仿真验证,仿真结果证明了所提控制策略的有效性。     

分极接入模式的多端直流特点与故障响应比较

大容量直流输电受端采用多端直流接入模式,有利于解决其大容量直流馈入电网特别是多回直流集中馈入电网带来的稳定性问题。介绍了分极接入、并联多端接入两种主要多端直流受端接入模式的设计特点,对交直流故障进行了电磁暂态仿真分析,对比了两种直流受端接入模式的故障响应特性、对控制保护的影响以及对受端电网影响的区别,指出分极接入模式下任何一极接入弱交流系统,均会影响整个直流系统的稳定运行能力,直流线路瞬时故障期间另一极接入的逆变站受影响小。研究结果可以为电力系统应对大容量直流接入优化设计提供参考。     

深圳电网线路故障对多馈入直流换相失败影响研究

交流输电线路接地或相间短路故障容易引起直流受端换流站交流母线电压跌落或畸变,进而导致直流换相失败。为此梳理了影响直流换相失败的因素,说明了直流持续换相失败到直流闭锁所需的时间。针对深圳电网多直流馈入的结构,分析不同片网的交流线路故障对直流换相失败的影响,根据直流换相失败期间的功率变化情况评估现有模型的准确度,并基于影响结果区分了不同片区的交流故障对直流换相失败的严重程度,结果表明深圳电压多馈入直流换相失败的概率,与交流线路故障类型以及故障线路电气距离密切相关。     

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。     

直流偏磁对输电线路距离保护的影响分析

高压直流输电运行于单极大地回路方式时,太阳耀斑活动产生的地磁感应电流会使变压器或保护用电流互感器产生直流偏磁现象。当直流偏磁电流进入交流系统后,阻抗继电器的测量阻抗中会产生一个附加阻抗,使阻抗继电器的测量阻抗变大,从而导致距离保护出现欠范围拒动作。文章建立了相应的输电线路距离保护系统模型,推导出了直流偏磁条件下阻抗继电器测量阻抗表达式,同时为了直观的衡量直流偏磁电流对测量阻抗的影响,定义出了直流偏移系数,通过分析不同直流偏移系数条件下的距离保护动作特性,并利用PSCAD/EMTDC仿真软件在不同直流偏移系数条件下进行仿真分析,验证了理论分析的正确性。     

适用于架空线路的双极混合MMC-HVDC拓扑

为应对柔性直流输电在远距离大容量架空线输电领域应用问题,基于钳位双子模块和双晶闸管子模块拓扑构成的两种模块化多电平换流器,设计了串联双极混合直流输电系统,既提高了输电容量,又能缓解单种拓扑能耗较大或直流故障抑制时间较长问题。重点分析了双极混合拓扑在不同直流故障下等值电路和直流故障穿越机理及其抑制特性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建双极混合直流输电模型,对系统稳态运行工况和直流故障穿越特性进行了对比研究。仿真结果表明,双极混合系统既体现出灵活多样的稳态运行特性,又具有直流故障穿越与快速恢复能力,较好地适用于远距离大容量架空线路输电应用领域。     

送出直流对工频变化量元件的影响机理分析

为了从理论上分析送端交流系统工频变化量保护的动作特性,建立了送端交流系统故障下的整流侧直流系统的等值工频变化量阻抗模型。基于所建立的数学模型,并结合直流控制系统的故障响应特性,对不同故障情况下直流系统的等值工频变化量阻抗特性进行了分析,进而分析了送出直流对工频变化量元件的影响。研究表明:在送端交流系统故障情况下,直流等值工频变化量阻抗在大部分条件下呈容性,可造成工频变化量距离元件保护范围的缩小和工频变化量方向元件的误判。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件对理论研究进行了仿真验证。     

Algorithmic-knowledge-based adaptive coordination in transmission protection

Changes in power system operating conditions can affect both the reach point of distance relays and the coordination of distance and overcurrent relays. To improve the performance of the protection system, an adaptive scheme of relay settings is proposed. That is possible since the protection relays became digital . This paper describes a system for online adaptive setting and coordination of protection relays in meshed networks where the backup protection is achieved in remote form. After changes in the state of the network, an expert system (ES) performs the detection and proposes the correction of erroneous settings of protection zones and miscoordinations between relays at different stations; through an algorithm based on a fast determination of a nonminimal set of "break-points" (BPs) relays , new time characteristics for the coordination are found. The results of the application of the developed system to a test network of 34 nodes, 55 branches, and 110 relays are shown.     

高压直流输电系统的保护策略

直流系统保护策略是直流输电工程系统研究和控制保护系统设计的重要组成部分，其目标是保护设备，避免故障或异常工况造成的设备损坏和影响直流输电。高压直流输电系统可能的故障工况包括挟流阀故障、直流部分故障和交流部分的故障，直流系统在不同的故障情况下表现出一定的特性，根据直流系统运行特点和故障特性提出了高压直流输电系统的保护策略。文章以三常高压直流输电工程为例详细说明了长距离直流输电系统的保护策略，包括功能配置、保护原理、保护动作的处理方式以及控制保护系统仿真研究所采用的手段，并在此基础上时高压直流系统保护策略进行了总结。     

直流馈入下交流系统故障特性分析及故障分量电流差动保护改进

由于直流系统的故障响应具有快速非线性特征,基于准稳态的分析方法不再适用于高压交直流互联(HVDC/AC)系统,因此对于交流保护的适应性分析将更为困难。为解决上述问题,在原有HVDC/AC系统动态相量等值方法的基础上,计及直流系统的非线性以及不同故障严重程度下直流系统控制策略切换的影响,提出更为准确的HVDC/AC系统等值计算方法。基于此,分析直流系统的接入对交流线路暂态故障特性的影响,研究该影响与故障分量电流差动保护动作性能之间的关系,并提出基于电流暂降检测的故障分量电流差动保护自适应动作判据。基于PSCAD/EMTDC平台的仿真结果验证了理论分析的正确性及改进策略的有效性。     

西门子接地极母线差动保护原理及误启动原因

为了解西门子接地极母差保护误动原因,基于贵广直流输电系统接地极母线差动保护(EDP)的配置方式,结合接地极母线差动保护的原理,深入分析了接地极母线差动保护在直流系统不同运行状态下的差流算法和动作判据。根据贵广直流输电系统中接地极母线差动保护与直流站控系统、极控系统之间的相互配合关系及该保护的实际运行情况,认为直流系统运行状态丢失导致该保护的误启动进而提出了直流保护系统对直流系统运行状态识别的改进方法,为日后直流输电系统的安全运行提供借鉴作用。     

高压直流输电线路故障特征影响因素分析

详细研究直流线路故障特征及其影响因素,对制定线路保护方案以及保证直流系统安全运行具有重要意义。为了进一步分析故障极直流线路的故障特征,笔者在建立直流线路故障等值电路模型基础上,应用拉普拉斯变换求解电路方程。分析了不同故障条件包括过渡电阻、故障位置、初始负荷水平和直流控制系统对于直流线路故障特征量的影响。指出过渡电阻是影响直流电压的主要影响因素,直流控制系统是影响故障后直流电流涌流的主要影响因素。该结论应用于天广直流改造工程中,实践证明了其正确性。     

New protection method for HVDC lines including cables

For the third project of the Hokkaido-Honshu HVDC Link in Japan, called the HVDC Link III project (rated at 250 kVDC-1200 A-300 MW), we developed an HVDC transmission line protection method based on a new working principle that allows high-speed and highly sensitive detection of faults, enhancing reliability in the supply of electric power. In general, increasing the sensitivity of relays will lead to an increased likelihood of undesired operation whereas lowering the sensitivity will impair the responsiveness of the relays. Our proposed method meets these apparently incompatible requirements very well. Basically classified as a differential scheme, the HVDC transmission line protection method compensates for a charging and discharging current that flows through the line-to-ground capacitance at times of voltage variations caused by a line fault or by the operation of DC power systems. The developed protection method is also characterized in that it uses current changes induced by voltage variations to restrain the operation of a relay. This configuration has made the proposed method far superior in responsiveness and sensitivity to the conventional protection method. A simulation using an EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) was conducted on this method. Developed relay equipment embodying the new protection method was subjected to various verification tests, where this equipment was connected to a power system simulator, before being delivered to the HVDC Link III facility