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。     

逆变型电源对距离保护的影响机理分析

新能源电源接入使得电网故障特征发生根本性改变,传统继电保护应用于新能源接入系统时存在适应性问题。针对工频量距离保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性问题,推导了典型低穿控制策略下逆变型电源短路电流表达式,分析了短路电流幅值和相角特性及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生各类短路故障时两侧工频量距离保护在不同阻抗继电器接线方式下的动作性能。研究结果表明,逆变型电源短路电流幅值受限和相角受控使得场站侧工频量距离保护容易出现不正确动作、系统侧工频量距离保护能更加可靠地动作,该结论不受阻抗继电器接线方式影响。基于RTDS的仿真结果验证了理论分析的正确性。     

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

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。     

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。     

集中式光伏并网输电线路的故障暂态分析与保护

集中式光伏并网输电线路发生故障时,光伏侧的故障暂态过程与系统侧完全不同,导致传统工频量保护动作性能下降。为提高保护动作的可靠性,分析了集中式光伏并网输电线路光伏侧短路电流的故障特征,推导了光伏侧短路电流三个不同阶段的近似解析表达式,并详细分析其功率控制暂态过程的变化特征。发现光伏侧的暂态电流为非旋转量,与系统侧衰减旋转量的波形特征截然不同。基于此特性,提出了一种基于暂态电流波形相关性的纵联保护方法。仿真结果表明所提保护方案在各种故障类型和不同的过渡电阻下均能可靠动作,有望提高光伏并网输电线路的安全运行能力。     

基于暂态电流波形特征的快速差动保护新原理

随着大规模交直流互联系统的发展,系统故障后引发的问题越发严重,因此对继电保护的性能提出了更高的要求。线路故障暂态量中蕴含有丰富的故障信息,通过对故障分量暂态差动电流的研究发现:区内故障时故障相呈工频变化规律;区内故障时非故障相及区外故障时的各相均呈高频变化规律,且存在理论最小振荡频率。据此提出一种基于暂态电流波形的纵联保护新原理,采用最小二乘拟合提取暂态波形主频率并构造了相应保护判据。经仿真验证,该方法能够可靠、灵敏地识别区内、外各类短路故障,有效提高了保护动作速度,具有较强耐过渡电阻和抗高频噪声干扰的能力,对采样频率要求不高,具有一定的实用价值。     

基于矩阵突变特征的风电经柔直送出交流线路保护EI北大核心CSCD

新能源经柔直送出系统中,新能源电源到柔直整流侧换流器之间的输电线路较为特殊,故障后两侧短路电流均受电力电子设备的控制策略影响,导致传统的差动保护在双侧电流受控的场景下出现灵敏度降低,甚至存在拒动作的风险。因此,该文提出基于矩阵突变特征的交流线路保护新原理。首先,利用Toeplitz矩阵变换能快速放大突变信号占比的特性,将所测得的电流信号构造成Toeplitz矩阵形式。然后,利用矩阵梯度可以精准表征数据突变程度的优势构建保护判据,以实现故障的高速可靠判别,从而解决传统保护因故障电流幅值、相角受控导致的灵敏性降低以及不正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建风电场经柔直送出系统的电磁暂态模型,验证所提保护方法的动作性能。结果表明,所提保护能够短时间内识别区内外不同种类故障,故障识别时间小于5ms,且有最高耐受100Ω的过渡电阻的动作性能,能较好地满足风电场经柔直送出系统对保护灵敏性与可靠性的需求,具有较好的抗过渡电阻和噪声的能力。     

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。     

计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路接地故障时域距离保护研究

新能源电源故障电流呈现弱馈性、强受控性并具有大量的间谐波,导致现有工频量距离保护可靠性下降,而时域距离保护主要根据方程求解故障距离,受新能源短路电流特性影响较小。针对新能源送出线路较长时,线路分布电容对零序电流相位的影响不可忽略,进而导致故障距离的计算产生较大偏差的问题,提出了一种计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路时域距离保护改进方案。首先,计及故障点两侧零序电流相位差的影响,将过渡电阻等效为过渡阻抗。然后,通过列写故障回路方程并求解故障距离,形成保护判据。最后,基于PSCAD/EMTDC大量仿真实验,验证了所提时域距离保护方案计算故障距离的误差较小,可以较好地适用于新能源经中长距离交流线路送出的场景。     

输配电线路运行故障及对策

输配电线路出现故障时,光伏侧的故障暂态表现跟系统侧完全不同,影响传统工频量保护动作的可靠性。为使保护动作更加可靠,分析了光伏侧短路电流特征,得到了光伏侧短路电流各阶段的近似表达式,并对其功率控制暂态阶段的变化特征进行分析。结果发现其暂态电流是一个非旋转量,与系统侧的波形特征完全不一样。在此特性基础上,提出了一种纵联保护方法。仿真发现所提方案在各类故障和不一样的过渡电阻下动作均十分可靠,有望增强光伏并网输配电线路的安全性能。     

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。     

基于电流衰减因子的含DFIG配电线路保护方案

双馈感应风力发电机高渗透地分散并入配电网,呈现出与传统电源不同的电磁暂态特性,使得配电线路常规保护难以适应。该文首先推导双馈风机暂态电流表达式,据此分析配电线路区内、外故障时线路两端短路电流在衰减方面的特征差异。提出基于电流衰减因子的含双馈风机配电线路保护新原理,并通过Prony算法构造线路保护实用判据。以某10kV地方电网分散接入双馈风电示范性工程为原型,构建PSCAD仿真模型。大量测试结果表明:所提线路保护方法在不同故障类型、故障位置、风机容量等条件下能可靠地判别被保护线路的区内外故障,且灵敏度较高。     

针对新能源场站送出线两相短路的负序阻抗重构距离保护

受逆变器控制策略影响,逆变型新能源场站短路电流呈现幅值受限和相位受控特性。新能源场站送出线路及其下级线路发生两相短路故障时,送出线路逆变侧距离保护存在拒动和误动风险。文中提出适用于逆变电源的负序阻抗重构策略,使新能源场站在两相短路故障期间能够表现出恒定的负序阻抗角。在负序阻抗重构策略的配合下,附加阻抗角能够通过本地测量值准确求取,根据所求附加阻抗角自适应调整距离保护动作区域,提出负序阻抗重构距离保护方案。所提保护方案能够有效避免逆变侧距离保护在区内外非金属性两相短路故障下的拒动和误动,适应不同的新能源场站无功支撑策略。测试结果表明所提保护方案可以准确识别区内外非金属性两相短路故障。     

利用暂态电流的输电线路单端量保护新原理探讨

对超高压输电线路的暂态电流波形奇异点（突变点）处的奇异性进行了大量的分析,发现区内,外故障时的暂态电流波形在突变点的奇异性由于母线杂散电容、结合以及阻波器等的影响而有所不同,利用小波多尺度边缘分析来检测并放大这一区内,外波形奇异度的差异,并提出利用单端故障暂态电流构成具有绝对选择性的超高速保护新原理,ＥＭＴＰ仿真证明了该原理和方法的正确性。     

100%新能源电源经柔性直流送出系统的机电暂态建模仿真研究

100%新能源电源经柔性直流送出系统是一种新能源基地送出的重要形式,目前常用的机电暂态仿真软件尚无对应算法与模型可对其进行建模仿真。为此,分析100%新能源电源经柔性直流送出系统的基本控制原理,提出无同步机情况下“新能源+柔性直流系统”的机电暂态仿真一般结构,建立此系统中柔性直流输电系统的电压-频率(Vf)控制模型,柔性直流采用电压源模型接入,以解决电流源模型接入时易产生的数值振荡问题。基于DSP软件建立仿真模型,构建直驱风电机组、光伏发电经柔性直流送出系统的仿真案例,将所建立模型与PSCAD电磁暂态模型进行仿真结果比对,同时开展所建立模型在新能源功率波动和系统短路故障等不同扰动情况下的响应分析,仿真结果验证了所提建模方法的有效性。     

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。