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EMD与Spearman相关系数的混合直流线路纵联保护方法

混合直流输电系统兼备常规直流以及柔性直流的优势,是直流系统发展的必然趋势。现有直流差动保护易受线路分布电容的影响,纵联保护依赖于边界条件,在混合直流输电系统中适用性差。针对以上问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)与斯皮尔曼(Spearman)相关系数的混合直流线路纵联保护方法。在分析故障电流增量的极性特征、考虑分布电容影响的基础上,首先对线路两端故障电流信号进行镜像延拓,通过EMD提取表征电流变化方向的残余函数,再计算残余函数的Spearman相关系数,以此识别线路内外部故障。该方法不受分布电容影响、不依赖于边界条件。通过仿真验证,所提保护方案动作速度快、可靠性高,且具有较强耐受过渡电阻与抗噪声干扰的能力。     

混合级联特高压直流输电线路纵联差动保护适应性分析

为探究现有高压直流输电线路纵联差动保护对混合级联特高压直流输电系统的适应性,结合混合级联特高压直流输电系统的运行方式,理论分析和仿真分析3种特殊运行方式下直流系统不同位置故障的故障特性和保护适应性。理论分析发现纵联差动保护适应性较好。仿真分析发现直流线路分布电容和逆变侧模块化多电平型换流器(modular multilevel converter,MMC)控制特性影响在直流线路故障时直流线路电流延时自减值长时间处于波动状态,导致纵联差动保护长时间处于闭锁状态,此时,系统长时间承受MMC超大故障电流冲击。直流线路区外故障时整流侧与逆变侧直流电流差值的绝对值数值较大且长时间处于波动变化状态,纵联差动保护存在误动的风险。     

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案。该方案利用线路两端的行波方向保护分别进行故障方向判断,然后通过方向纵联判断区内、外故障。PSCAD仿真验证了该方案能快速、可靠地识别故障,且具有较强的抗过渡电阻能力。     

利用峰值频率的高压直流输电线路纵联保护方案

根据高压直流输电线路两端直流滤波器和换流器的阻抗频率特性,提出一种基于直流滤波器峰值频率的纵联保护方案。峰值频率下,直流滤波器近似为开路,换流器直流等值阻抗近似表现为感性元件。以此为基础,对直流输电线路进行区内外故障分析发现,区内故障时,整流侧、逆变侧峰值频点阻抗阻抗角均为-90°;区外故障时,故障侧峰值频点阻抗阻抗角为90°,对侧峰值频点阻抗阻抗角仍为-90°。根据此特征构造出区内外故障识别判据。针对利用单端故障信号选极可靠性差的弱点,进一步提出了含权重系数的双端选极判据。仿真结果表明,该方案原理简单、方法可靠、抗过渡电阻能力强且不受分布电容电流的影响。     

基于差动电流与分布电容电流比值的直流线路纵联保护方案

分布电容电流会对直流线路纵联保护性能造成影响。文中以三端混合高压直流输电线路为对象,讨论分析了差动电流与分布电容电流比值的故障特征。由于差动电流和分布电容电流都会随着过渡电阻的增大而减小,采用差动电流与分布电容电流的比值作为判据,可以削弱过渡电阻对判据的影响,提高保护的灵敏性。基于此,提出了一种基于差动电流与分布电容电流比值的纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,所提保护判据整定简单且天然具有故障选极功能,能可靠识别区内外故障,耐过渡电阻能力强且具有较高的灵敏性和可靠性。     

基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方法

故障后行波在故障点与线路终端间来回反射,形成的固有频率与故障距离有明确的数学关系。特高压直流(Ultra High Voltage Direct Current, UHVDC)输电线路的边界由平波电抗器和直流滤波器构成,与交流线路相比,线路故障后形成的行波固有频率更加清晰。基于此,提出了一种利用线路两端固有频率主成分特征的特高压直流输电线路纵联保护方案。根据电流变化率构造故障启动判据;用MUSIC方法对故障后的暂态电流数据进行频谱分析,利用区内外故障时线路两端固有频率特征差异构造保护判据;利用原始行波信号和解耦后行波信号提取的固有频率主成分构造选极判据,形成完整的基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方案。在PSCAD/EMTDC中建立特高压直流输电系统模型,并在不同故障工况下对该保护方案的适应性进行仿真。大量仿真结果表明,该保护方法在不同故障工况下均能可靠、快速动作,具有较好的适应性和实用价值。     

基于直流滤波环节暂态能量比的高压直流线路纵联保护

为克服传统高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于线路边界两侧特定频带能量比值的纵联保护方案。以直流滤波器阻抗-频率特性为基础,对直流输电线路区内及区外故障分量附加网络进行理论分析发现:区内故障时,对于线路两端的任意一端,其边界线路侧特定频带能量大于边界阀侧的值,两者之比较大;整流端(逆变端)区外故障时,整流端(逆变端)边界线路侧特定频带能量小于边界阀侧的值,两者之比较小。据此,可判别区内、外故障。大量仿真结果表明,该保护方案计算量小,能够快速识别区内、外故障,可靠地保护了线路全长,且耐过渡电阻能力强、不受分布电容影响。     

基于反行波与信号处理的特高压直流输电线路纵联保护方法

现阶段直流输电线路纵联保护单纯地采用叠加原理,未考虑直流输电系统的强非线性,保护在实际工程中存在适应性问题。针对此问题,提出一种纵联保护新方法。从保护方法的适应性角度出发,提出基于描述函数法的信号线性化处理技术。通过分析直流输电线路区内、外故障发生后一段时窗内反行波的传输特性,发现发生区内故障时,线路两端反行波波形间相似度较高;发生区外故障时,线路两端反行波波形间相似度较低;进而提出一种基于反行波的纵联保护方法,该方法利用Hausdorff距离算法度量线路两端反行波的相似度,构造直流输电线路故障识别判据。仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,且在发生高阻接地故障时具有较高灵敏性。     

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。     

白鹤滩-江苏特高压混合直流输电线路行波保护适应性分析

为探究现有直流输电线路行波保护对白鹤滩-江苏特高压混合直流输电系统(简称：白江混合系统)的适应性,根据白江混合系统直流线路故障附加网络推导直流线路区内外故障时线路两端故障行波的边界传播特性。分析发现,直流线路正向区外故障后边界传播特性与传统直流系统存在差异。进一步分析行波保护判据的变化情况,表明行波保护判据主要受整流侧反射系数和逆变侧折射系数的影响。将白江混合系统与传统直流输电系统进行对比,发现当直流输电线路正向区外发生短路故障后,白江混合系统电压变化量、电压变化率、极波变化量和极波变化率比传统直流系统变化更大,导致行波保护误动风险增大。最后,基于PSCAD搭建白江混合系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

Pilot protection of hybrid MMC DC gridbased on active detection

Considering the advantages and limitations of traditional identification method, combined with the strategy of active detection, the principle of DC grid pilot protection based on active detection is proposed to improve the sensitivity and reliability of hybrid MMC DC grid protection, and to ensure the accurate identification of fault areas in DC grid. By using the DC fault ride-through control strategy of the hybrid sub-module MMC, the fault current at the converter station DC terminal is limited. Based on the high controllability of hybrid MMC, sinusoidal fault detection signals with the same frequency are injected into the line at each converter station. Based on model recognition, the capacitance model condition is satisfied by the detected signals at both ends during external faults whereas not satisfied during internal faults. The Spearman correlation coefficients is then introduced, and the correlation discriminant of capacitance model is constructed to realize fault area discrimination of DC grid. The simulation results show that the active detection protection scheme proposed in this paper can accurately identify the fault area of DC grid, and is not affected by fault impedance and has low sampling rate requirement.     

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC线路保护

为了准确地判定HVDC输电线路的故障类型和对故障距离进行定位,应用PSCAD搭建单极12脉直流输电系统等效模型,对直流线路区内故障及区外对线路保护性能有影响的各种故障进行仿真。应用HilbertHuang变换方法对故障电压信号进行分析,提取了行波的波头,从而确定故障发生时刻。分析直流滤波器和平波电抗器所具有的固有滤波特性,由此形成了以频率和能量为基础的故障判别方法。在确定为区内故障后,采用D型双端行波定位方法根据检测到的故障时刻可以准确地对故障距离进行定位。并提出了基于HHT方法的HVDC线路保护判别式和动作逻辑。仿真和计算结果表明,该保护方法不仅可以准确地判别故障类型和故障距离,且在过渡电阻较大的情况下对保护性能没有影响。     

基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现：发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。