Integrated protection based on multifrequencydomain information for UHVhalf-wavelength AC transmission line

Half-wavelength AC Transmission (HWACT) can improve capability of AC transmission significantly. According to the basic principle of HWACT, the electromagnetic transient model of HWACT is built to analyze the fault transient process of transmission line. Based on fault characteristics of HWACT, the adaptability of traditional protections for transmission lines is analyzed briefly, such as current differential protection, distance protection and over current protection. In order to solve the problems of conventional protection caused by HWACT, a novel integrated protection based on multi-frequency domain information is proposed in this paper, which uses both the power frequency information and transient information. The integrated protection based on multi-frequency domain information takes advantages of power frequency and transient protections, which can not only improve the performance of traditional protection of AC transmission line but also realize fast fault judgment by transient travelling wave protection.     

Analysis on the fault characteristics of three-phase short-circuit for half-wavelength AC transmission lines

Half-wavelength AC transmission(HWACT) is an ultra-long distance AC transmission technology, whose electrical distance is close to half-wavelength at the system power frequency. It is very important for the construction and operation of HWACT to analyze its fault features and corresponding protection technology. In this paper, the steady-state voltage and current characteristics of the bus bar and fault point and the steady-state overvoltage distribution along the line will be analyzed when a three-phase symmetrical short-circuit fault occurs on an HWACT line. On this basis, the threephase fault characteristics for longer transmission lines are also studied.     

输电线路的集成全频域保护

回顾了暂态保护和集成保护的发展历程,提出了一种集成全频域保护方案。该保护方案整合了传统的工频量保护算法和暂态量保护算法,将基于工频量和暂态量的保护算法分为单端保护、双端或多端保护和后备保护三个算法组。单端保护组包括基于工频量的常规距离保护和基于高频暂态量的边界和位置保护,它们基于本地单端电气量实现速动保护;双端或多端保护组由常规的差动保护和基于时间同步的暂态保护组成,它们都由连接线路两端之间的通信通道支持;后备保护组包括常规的方向保护和基于极性比较的暂态保护。最后,对全频域保护技术应用于超长距离半波长输电线的保护方案设计作了研究。     

特高压半波长交流输电技术在我国新疆地区电源送出规划中的暂态稳定性研究

以我国新疆电源通过长达3 000 km的特高压半波长交流输电线路送至华东电网为例,对特高压半波长交流线路的机电暂态稳定性进行了研究.在不同故障形式下,半波长线路具有较好的功角稳定性;根据输电线路严重故障点和输电能力的分析,认为其输电能力可以满足电源外送需求;网对网送电方案有利于提高电源的送电可靠性.     

基于贝瑞隆模型的半波长交流输电线路电流差动保护原理

半波长交流输电线路输送距离长、电压等级高,传统继电保护方案不能满足要求.文章考虑线路分布参数特性,采用均匀传输线特性方程,结合对称分量法,对半波长线路区内外故障特征进行了理论分析,仿真实验表明理论推导结果与实际情况基本相符.根据半波长线路的故障特性,文中提出一种基于贝瑞隆线路模型的适用于半波长交流输电线路的电流差动保护...     

特高压半波长交流输电系统稳态及暂态运行特性

分析了半波长交流输电线路的特性,验证了在仿真分析中半波长线路的分段等值法的准确性.通过仿真分析,得出半波长线路接入特高压电网中的稳态及暂态特性:包括功率以及功率因数对沿线电压分布的影响,线损率、输电网潮流分布、甩负荷以及故障情况下输电线路沿线过电压情况.仿真结果表明,沿线在输送超过自然功率时会出现过电压,功率因数影响沿...     

基于测后模拟原理的半波长输电线路暂态量纵联保护

针对特高压半波长超长的输电距离带来的继电保护难题,提出基于测后模拟原理的半波长输电线路暂态量纵联保护方法.特高压半波长交流输电具有传输距离远、输送容量大、全线无功自平衡等优点,可以作为未来清洁能源电力输送的一种可选方案.通过分析现有输电线路保护方法对于半波长交流输电线路的不适用性,对特高压半波长输电线路在区内外故障情况...     

风电场送出线等传变距离保护

分析了具备低电压穿越(LVRT)能力的双馈式风电场送出线路故障暂态特性。风电送出线路风场侧保护测得的电压与电流主要频率分量不一致,致使传统的依据工频电压、电流相量的距离保护元件动作性能受到严重影响,无法正常工作。基于输电线路时域模型的解微分方程算法不涉及信号的频域信息,可以克服送出线电压、电流主频不同带来的影响,但受高频分量的影响较大。等传变距离保护相较传统的解微分方程算法,增加了低通滤波及故障点电压重构两个环节,显著改善了算法的测距性能。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,线路不同位置处发生不同类型故障时,等传变距离保护算法均可以实现快速、准确测距。     

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。     

基于μPMU同步量测数据的配电网故障定位方法

通过在辐射型多分支配电网络配置微型同步相量测量单元(μPMU),提出了一种基于μPMU同步量测数据的配电网故障定位方法。该方法首先通过单端μPMU电压、电流同步相量求取初始故障距离。然后,根据双端μPMU电压、电流同步相量排除伪故障点,迭代确定故障在主网络上的具体位置,通过与初始故障距离比较,判断故障发生在主网络还是分支线路上。最后,通过伪故障点的迭代排除,确定分支上故障到主网络的距离。该方法考虑了线路电容对故障定位精度的影响,通过线路对地电容分析,减小了定位误差。仿真结果验证了该方法的有效性。     

半波长交流输电的串并联补偿仿真分析

现有研究结论认为半波长交流输电线路本身无需安装无功补偿设备,然而稳态运行时半波长交流输电沿线电压分布具有其特殊性。过电压的极值和出现位置与输送功率、功率因数等密切相关。本文首先采用特高压交流线路工程参数,通过数字仿真手段分析了半波长交流线路的沿线电压分布特性,在电压和电流相量图的辅助下,着重研讨了在半波长交流线路的两端而不是线路本身进行串联补偿和并联补偿来改善沿线电压分布特性、减少线路损耗的可行性。仿真分析结果表明：半波长交流输电线路两端是需要无功补偿的;串联补偿和并联补偿都能降低半波长线路的线损率,还能改变半波长沿线电压分布;与常规线路不同,半波长线路的并联补偿能更有效地抑制稳态过电压,控制更简单。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

基于时频矩阵相似度的输电线路暂态保护方法

为提高传统暂态保护方法的可靠性,综合运用宽频带暂态信号在时域和频域上的故障信息,提出一种输电线路保护新方法。该方法利用S变换提取宽频带暂态信号在不同时段不同频带下的故障信息,通过构造时频矩阵来反映暂态信号的时频变化特性;利用奇异值分解提取时频矩阵的时频特征,并减少矩阵冗余量;将奇异值矩阵与样本库矩阵进行时频特征匹配,计算矩阵相似度;根据矩阵相似度判别区内外故障。仿真结果表明,该暂态保护方法能准确快速识别区内外故障。     

Impact Analyses of Wind Farm on Performances ofTransmission Line Relay Protection

A simulation system for power grid with concentrated large-scale wind farm integration is established based on the electro-magnetic transient model of wind turbine equipped with doubly-fed induction generator (DFIG),which is built by real-time digital simulator (RTDS).Using the hardware communication interface of RTDS,a closed-loop testing experiment is accomplished to study the impacts of large-scale wind farms on the existing relay protection devices for wind farm outgoing transmission line.This paper points out problems existing in current relay protection devices as follows:fault phase selector can select unwanted phase due to the changes of fault features caused by special network connection of wind farms;blocking condition for distance protections needs to be re-examined due to the weak power-feed characteristics of wind farms;and power frequency parameter based relay protection devices cannot accurately operate due to the special transient voltage and current characteristics of wind farms during fault period.Results lay the foundation for improving the performances of the existing relay protection device and developing new principle relay protection.     

基于母线关联出线暂态频谱信息的UPFC线路纵联保护

统一潮流控制器(UPFC)作为新一代柔性交流输电系统元件在输电线路中逐渐应用,需要对含UPFC线路的保护原理进行深入研究。通过分析UPFC对线路故障暂态影响,得出高频分量经其串联侧时发生严重衰减,使仅利用单端暂态量的保护可靠性下降。分析母线关联出线的故障暂态特征可知,同一母线的故障侧线路与非故障侧线路的电流频谱分布存在明显差异。通过采用小波能量熵提取母线各出线暂态信息,提出一种适用于含UPFC线路的方向纵联保护方案。仿真结果表明,该方案可准确识别区内、外故障及母线故障,在不同过渡电阻、故障初始角等故障情况下,均具有较好的灵敏性和可靠性。     

基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护

传统工频原理距离保护易受风电系统故障特征的影响,基于集中参数模型的时域距离保护原理较适应于风电系统送出线。但考虑到该原理忽略分布电容的影响,当故障发生在风电系统长距离送出线时,可能造成距离I段保护发生暂态超越现象。因此,提出一种基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护原理。基于分布参数模型,通过保护安装处的电压、电流时域信息求得距离I段整定处的电压、电流时域信息,代入时域故障测距方程中,求得整定点与故障发生处的故障距离。通过与距离I段整定距离求和获得故障测量距离,实现保护动作。仿真结果表明,该原理不受长距离送出线分布电容的影响,具有较强的抗过渡电阻性能,优越于基于集中参数模型时域距离保护。     

基于MMC的半波长交流输电潜供电流抑制措施研究

半波长交流输电技术因其自身的特点在远距离输电场景中提供了一种解决方案,然而潜供电流的问题限制了半波长交流输电技术的发展和应用,现有的潜供电流抑制方案在半波长输电系统中应用时均存在不足。为了解决这一问题,本文总结了潜供电流的分布规律,在此基础上,提出了基于模块化多电平换流器（MMC）的潜供电流抑制措施,并进行了控制策略的设计以及参数的选取。此外,提出了分相投切无源元件来配合MMC工作从而减少MMC容量的方案。最后,在仿真平台对所提抑制措施进行了仿真验证,结果表明该措施可以有效地抑制半波长交流输电的潜供电流,加快熄弧速度,提高系统的故障恢复效率。     

中性点直接接地电网的自适应零序电流速断保护

为了尽可能减小线路零序电流速断保护的保护范围受系统运行方式变化等因素的影响,提出了一种自适应零序电流速断保护的实现方法。该方法假设输电线路两侧的保护之间具有通信通道,系统发生短路时线路两侧的保护能够实时计算出系统等值阻抗并经通信通道实时传送给对侧的保护,两侧的保护装置可根据短路类型实时调整零序电流速断保护的动作整定值。通过计算不同接地短路类型时零序电流速断保护灵敏度的公式,表明零序电流速断保护的保护范围不仅受系统运行方式变化的影响,还受接地短路类型的影响。仿真计算结果表明,文章提出的自适应式零序电流速断保护的实现方法可有效减小系统运行方式变化及短路类型不同对保护范围的影响,使保护的性能大大提高。     

基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法

针对传统特高压保护方法难以直接应用于特高压半波长交流输电系统的问题,提出基于改进暂态能量方向的半波长输电线路保护方法.半波长输电线路测量阻抗随故障位置不再呈现单一线性变化,导致传统距离保护不能直接应用于半波长输电线路,而行波在超长线路上衰减损耗极大,难以准确检测行波波头,故行波保护亦难以用于半波长输电线路保护.因此,提...     

电力电子化背景下交流电网保护配置方案

大量电力电子器件的应用使得交流系统的故障特性发生了较大变化,现有保护配置方案面临严峻挑战。首先分析了纯交流系统、直流输电系统、新能源并网等不同场景下交流线路故障暂态电流波形特征,进而利用相关系数进行暂态电流波形辨识,构建了新型保护原理与配置方案。最后,分析了新型保护方案对互感器、采样频率、数据窗长的配置要求。新型保护配置方案普适性强,出口速度快,实现简单。基于EMTDC/PSCAD仿真与样机测试结果验证了分析结论的正确性。