放射直流微电网短路故障保护策略

考虑直流微电网故障电流突增、电压突降特性,提出基于支路两端导纳差值导数的保护方法.通过检测支路两端的电流和电压,计算支路两端导纳的差值并求导,以支路导纳差值的导数作为故障判据,该判据充分利用了故障线路电压和电流参量,提高了保护灵敏度,且导纳差值的导数在故障发生初始阶段最大,可快速与动作阈值比较,判断故障发生与否,减少了...     

直流微电网故障保护技术研究综述

直流微电网故障保护是交直流混合微电网发展的一大挑战,因此,围绕目前直流微电网故障保护中故障特性分析、故障检测与定位方法、故障隔离方案这3个关键技术的最新进展进行了综述和分析。首先,总结了直流微电网常用的拓扑结构、接线形式以及端口换流器类型。其次,分别分析了基于两电平和模块化多电平换流器的直流微电网特性,归纳了故障直流微电网直流线路和换流器的暂态建模方法。然后,分别整理了故障检测与故障定位中的常用方法,从时域和频域两个方面总结了故障检测方法,并从无源和有源两个方面总结了故障定位方法。接着,分析了交流断路器、直流断路器+直流限流器、具有自清除能力的模块化多电平换流器和多功能一体化拓扑结构共4种故障隔离方案。最后,总结了直流微电网故障保护关键技术的研究进展,并给出了直流微电网故障保护下一步研究的几点建议。     

新型微电网外部短路故障保护方案

结合微电网与配电网的隔离策略,提出了一种基于正序故障分量原理的新型微电网外部短路故障保护方案。该原理分别提取微电网与配电网之间的联络线两端的正序故障分量进行阻抗计算,然后利用阻抗角构成的新判据确定是否发生微电网外部故障。该原理无需考虑负荷电流和故障电阻的影响,克服了微电网故障时短路故障电流小以及潮流双向流动的问题。同时采用正序故障分量电流幅值差动保护作为阻抗角保护判据的启动判据,构成了一套完整有效的微电网外部短路故障保护方案。用PSCAD/EMTDC建立一个连接配电网的微电网仿真模型,进行各种短路故障仿真,仿真结果验证了所述保护方案的正确性和有效性。     

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。     

园区直流微电网的故障分析及保护配置方案研究

首先,基于园区直流微电网的构成和特点,分析了不同接地方式的故障特性及其对故障检测装置的要求,并推导了故障电压、电流响应曲线。其次,根据电力电子变压器拓扑结构,证明欠阻尼条件下电流不存在振荡问题。再次,对采取保护配置方案前后的短路电流进行对比,同时考虑故障时设备安全及保护配合等因素,给出了保护配置方案的约束条件。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建园区直流微电网模型,对所提方案进行了仿真验证。结果表明：采取保护配置方案后短路电流明显下降,电流持续时间变长,根据保护装置参考条件所得的参数值满足故障电流检测与保护判断所需时间。     

基于本地信息的有限选择性直流微电网保护方案

为兼顾直流保护的经济性和选择性,提出一种面向双端直流微电网的有限选择性直流保护方案。首先划分保护区域,分析直流短路故障下的突变电流方向和变化率特征。继而利用区域出口线路的电流突变量信息和有限数目直流断路器的延时配合,形成二级级差式保护方案。待故障电流降至为零,分布式电源有序重启,基于本地电流或电压信息完成“握手式”的健全区域供电恢复。Pscad仿真结果表明,所提保护方案能够摆脱对远程通信的依赖,实现对故障区域的快速辨识和有效隔离。     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

直流微电网故障电弧信号特性

直流微电网中存在大量线路与设备接口,容易发生电弧故障。根据电弧与电路的连接方式,可分为串联电弧与并联电弧。为了实现有效的电弧故障检测与定位,需对直流微电网故障电弧信号特性进行研究。为此,搭建直流微电网电弧故障的仿真与实验平台,产生了不同位置、类型的电弧故障。通过微电网系统对电弧故障的电流响应,分析验证了DC/DC变换器以及线路传输对电弧信号特征与信号传播的影响。研究结果表明,DC/DC变换器对电弧产生的电压钳位、电流恢复、滤波作用、开关噪声的影响,线路传输对电弧产生的信号串扰与信号衰减作用都使直流微电网系统的电弧检测更加困难。     

基于断路器动作时序的双极性直流微电网保护方案

含电压平衡器的双极性直流微电网能够实现多电压等级的负荷供电,应用前景广泛,但仍缺乏相应的直流馈线故障隔离与定位方案。为此,引入故障场景下的选极可靠系数,建立了直流馈线单极和极间短路故障灵敏检测判据,并通过电源出口断路器的快速跳闸和并网变流器出口断路器的延时跳闸相互配合,实现了故障元件准确隔离和故障区段精准定位。最后,改进了直流微电网多储能DC-DC变流器的电压控制策略,由此形成了应对直流馈线故障的完整保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提方案能够实现不同直流馈线故障的可靠辨识与区段定位,结合相应控制策略可显著提高单极故障下非故障极的运行稳定性和供电连续性,且经济性较优。     

环形直流微电网故障分析与保护

直流微电网故障的快速检测与切除是提高其运行可靠性的关键。电流差动保护可快速有选择地切除故障,但受短路阻抗影响较大,在高阻抗短路时可能拒动。针对环形直流微电网,文中提出基于母线功率变化率的差动保护,由母线两侧功率变化率作为差动量,在区内故障时,母线功率变化率差动值大于动作值,保护动作切除故障线路。功率变化率差动值与短路电流平方及短路阻抗成正比,相比电流量保护,具有更快的故障识别速度和更高的保护灵敏度。仿真结果验证了所提保护方案具有更好的速动性、灵敏性,提高了环形直流微电网的可靠性和稳定性。     

零序非工频分量注入式微电网接地故障保护方案

微电网中含有大量的分布式电源,且具有很多不同于传统配电网的特点,传统配电网中的保护方案难以满足其对可靠性与稳定性的要求。基于微电网的结构和故障特点,建立了含多个逆变型分布式电源的微电网故障网络模型,提出了一种基于零序非工频分量注入的微电网接地故障保护方案。该方案利用注入的零序非工频电流产生的故障特征,能够正确识别并切除微电网内部的各类接地故障,且同时适用于并网和孤岛2种运行方式。最后,在PSCAD/EMTDC软件中进行了仿真分析,结果验证了所提保护方案的有效性与可靠性。     

环形直流微电网故障分析及保护方法

为了提高直流微电网系统运行的可靠性和供电质量,以环形直流微电网作为研究对象,分析了相应环形拓扑结构及其直流母线故障的暂态特性,提出了适用于环形直流微电网的改进型电流差动保护方法,并通过仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明:在环形直流微电网系统发生短路故障时,改进型电流差动保护方法能够快速、准确地对故障线路进行定位与隔离,在测量不同步的情况下具有更好的容错性,有效避免了非故障线路误动。     

微电网故障特性分析及孤岛时馈线保护方案研究

分布式电源在孤岛运行状态下,一旦发生故障,因输出电流受限,传统的过电流保护不再适用于微电网。针对这一问题,本文选择辐射形微电网开展研究,利用PSCAD/EMTDC软件搭建微电网模型,对微电网在并网和孤岛状态下的故障特性分别进行仿真分析,在此基础上提出过电流保护与负序过电流保护相结合的方案,并对其保护原理及配置进行说明。经分析,该保护方案能够满足微电网孤岛运行时馈线对保护的要求。     

一种计及交流谐波扰动的混合微电网直流保护方案

混合微电网交流侧故障产生的谐波扰动可通过换流器传递至直流侧,影响直流系统的稳定运行,尤其对于直流分布式电源,其控制系统的快速调节特性会快速响应谐波扰动,使输出功率剧烈波动。因此,在为混合微电网直流侧设计保护时应当充分考虑交流谐波扰动的影响。首先分析交流故障产生的谐波扰动对混合微电网直流系统的影响,之后从动作时序角度出发,提出一种混合微电网直流保护方案,通过选择合适的故障参量及延时因子保证系统的选择性,有效地避免谐波扰动对保护的影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建混合微电网交流故障等值模型,验证了保护方案的有效性。     

基于电流相关性的直流线路单极故障保护方案

目前,柔性直流配电网得到快速发展,但其直流线路保护方案还不成熟,特别是基于模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的直流配电系统,单极接地故障时故障电流不明显,给故障识别增加了难度。针对这一问题,考虑直流线路的分布电容效应,提出一种采用Pearson相关系数计算正负极电流相关性的单极接地故障识别方法。区内故障时,线路每端的正极电流与负极电流均呈强正相关特性,而区外故障时,靠近故障端的线路正负极电流正线性相关性较差。以直流电压变化率作为故障识别启动判据,给出具体的单极接地故障保护方案。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了光伏直流接入系统仿真模型并进行了验证,结果表明：该方案可快速、可靠地识别区内外故障,并具有一定耐受过渡电阻的能力。     

含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究

对于配置直流断路器的架空柔性直流电网,快速可靠的直流故障检测是主要技术瓶颈之一。该文利用小波变换提取故障时刻高频暂态电压分量,基于区内外暂态能量差异提出故障识别方法;根据正负极电压变化量差异提出故障极判别方法;设计含故障启动、故障识别、故障选极和直流断路器多次重合闸判据的线路保护方案。该方案通过测量本地电气量实现全线路保护,无需通信,具备较强的耐受过渡电阻和抗扰动能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端架空柔性直流电网模型,仿真分析保护整定值的选取方法,并通过大量算例证明所设计线路保护方案的快速性和可靠性。     

适用于直流电网的多端口限流式直流故障保护方案

直流电网保护中利用限流器(fault current limiter,FCL)和断路器(DC circuit breaker,DCCB)协调配合控制具有重要意义。文中提出一种采用晶闸管作为主要控制单元的多端口限流式(multi-portcurrent-limiting,MPCL)直流故障保护方案,具备保护多条线路、抑制故障电流等功能。限流电感储能增加了断路器的耗能容量需求,设计能够快速旁路限流电感的能量转移支路。分阶段对新拓扑的预充电、限流、断路及耗能过程进行理论解析,分析电压电流应力、避雷器耗能与MPCL保护方案关键参数的关系,给出IGBT及能量转移支路参数的设计。在PSCAD/EMTDC中对所提MPCL保护方案的限流、断路和重合闸能力进行仿真验证,证明MPCL保护方案可保护多条直流线路,并抑制故障电流发展,提升分断电流速度,减少对避雷器的耗能要求。     

基于故障分量的孤岛微电网保护

微电网孤岛运行时的故障特性与并网情况有所区别,且与微电源的控制策略紧密联系,因而需要对孤岛微电网的保护进行具体的研究。根据U/f控制及PQ控制微电源在故障穿越下的故障模型,分析了不同故障类型时的输出电流特性,并对微电网中不同线路故障时各母线及馈线的相位特征进行分析,提出利用母线正序电压故障分量和各馈线正序电流故障分量的相位特征实现故障定位的孤岛微电网保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,结果验证了该保护原理的正确性。     

基于故障分量的微电网保护适用性

微电网具有潮流双向流动、并网孤岛运行时故障电流差别大以及拓扑结构灵活多变的特点,给微电网的保护带来了很大的挑战。基于故障分量原理的保护相较于其余的保护方法具有明显的优势,但微电网中的大多数微电源经逆变器接入电网,其故障特性主要受控制策略影响,不同于传统的同步发电机,现有的故障分量分析方法已不再适用。因此,分析故障分量保护在含逆变型分布式电源(IIDG)的微电网中的适用性十分必要。文中主要针对IIDG在恒功率控制策略下的等效模型,建立含多个IIDG的微电网故障附加网络,比较同一母线上的故障线路与其余馈线的正序电流故障分量,从幅值和相位两个角度对故障分量原理进行了分析,并在PSCAD软件中对微电网模型进行了仿真,验证了分析的正确性。