高压电缆金属护套交叉点行波折反射的规律

高压电缆的金属护套交叉互联导致行波在多个波阻抗不连续点产生了复杂的折反射行为,这对高压电缆线路的行波故障测距产生很大的影响。为研究高压电缆中行波的折反射规律,在波动方程的基础上,从独立的模量域推导出多导体系统在相量域的波阻抗矩阵,并利用相量域的波阻抗矩阵求解出折反射系数矩阵。此折反射系数矩阵表征了行波在护套交叉点的折反射规律。EMTDC仿真结果验证了所求取的折反射规律的正确性。进一步的理论计算和仿真试验表明,经多次折反射,行波线模总量保持不变,且三相线模含量存在着趋于一致的规律。     

兴安直流金属回线纵差保护研究

兴安直流现有保护逻辑下,金属回线线路发生瞬时性接地故障后无故障重启逻辑,降低了直流系统的可靠性。提出了兴安直流SIMADYN D平台下增加金属回线纵差保护的程序修改方案,该保护作为直流金属回线线路接地故障的主保护,动作后果为启动直流线路故障重启逻辑。利用兴安直流EMTDC仿真模型,在单极金属运行方式下,开展不同功率水平、不同故障位置、不同过渡电阻的故障仿真。仿真结果显示该保护在过渡电阻较大情况下有拒动的风险,在大负荷条件下执行故障重启并不能有效地熄灭故障点电弧,故障重启失败后闭锁直流。综合考虑保护逻辑设计方案和EMTDC仿真结果,不建议兴安直流增加金属回线纵差保护。     

张北柔直电网运行协调控制关键技术及控制策略探讨

介绍了张北柔直电网基本特点及其与舟山、厦门柔直电网的主要差异,阐述了张北柔直电网中的运行协调控制关键技术及解决的问题,梳理了各换流站在不同运行模式下的运行控制策略,最后以一种典型故障为例分析了在不同控制模式下各换流站的功率转带特性,提出了一种解决新能源送出孤岛故障条件下功率不平衡的解决方案。     

南方电网直流线路横差保护的改进探讨

兴安直流极Ⅱ投运后连续两次出现站内接地网过流保护动作,故障原因初步判断为金属回线接地故障。总结了天广、高肇、兴安直流以往运行经验,并参考其他厂家技术方案后,认为金属回线故障后可以允许直流重启一次。在对金属回线故障时的电气量特征进行分析的基础上,提出将直流线路横差保护作为金属回线接地故障的判据,保护动作后重启直流,并就逻辑改进后的保护定值提出了整定建议。     

不依赖边界元件及同步对时的多端柔直电网波形匹配式差动保护原理

多端柔直电网发生线路故障时,目前常用应对策略缺乏选择性,容易发生重合于永久性故障、全网停运等问题,而现有研究尚未验证边界保护在"网孔结构"工程中的适应性,差动类保护缺乏对同步误差及异常采样数据的应对能力。为解决上述问题,该文首先分析了多端柔直电网线路故障场景下的行波复杂折反射现象,揭示故障线路与非故障线路两侧同名行波与异名行波首波头的衰减特性差异,进而利用Hausdorff距离表征并度量上述差异;结合突变量启动判据,形成一套不依赖同步对时及边界元件的波形匹配式差动保护。仿真结果表明,所提出的保护原理具有良好的速动性及选择性,且在采样数据中包含大量异常数据时依然具有良好的动作性能。     

天广直流金属/大地回线转换不成功原因分析

笔者分析了天广直流控制保护系统改造后系统调试过程中极1金属回线转大地回线不成功的情况,结合金属回线开关保护配置和原理,通过分析故障时动作录波和线路电流,对金属回线开关进行测试,得出试验中金属回线开关保护动作原因为金属回线开关的谐振回路避雷器绝缘缺陷,并提出每年直流停电检修期间,对转换母线设备绝缘进行预防性试验的建议。     

非全程同杆四回线故障选线新方法

基于同杆四回线内部故障时反序分量的特点,提出利用同杆四回线反序正序电流量进行故障区域判断,再利用正常线路推算所得四回线与另外两条单回线路相交处母线(记为T点)的电压值作为参考量,设定电压突变量参数来判断故障线路,并结合故障支路正序电流的特点来对四回线的跨线故障进行故障选线,得出了适用于非全程同杆四回线的新型故障选线方法.通过大量ATP仿真证明该方法的正确性,该方法从原理上可完全消除过渡电阻、系统运行方式、及系统阻抗参数变化等因素的影响,解决了非全程同杆四回线故障选线问题.     

非全程同杆四回线故障选线新方法

基于同杆四回线内部故障时反序分量的特点,提出利用同杆四回线反序正序电流量进行故障区域判断,再利用正常线路推算所得四回线与另外两条单回线路相交处母线（记为T点）的电压值作为参考量,设定电压突变量参数来判断故障线路,并结合故障支路正序电流的特点来对四回线的跨线故障进行故障选线,得出了适用于非全程同杆四回线的新型故障选线方法。通过大量ATP仿真证明该方法的正确性,该方法从原理上可完全消除过渡电阻、系统运行方式、及系统阻抗参数变化等因素的影响,解决了非全程同杆四回线故障选线问题。     

基于网格WebGIS的远程电网寻线系统的设计

针对传统的远程电网线路监测采用人工筛选方法,随着线路的分布复杂性增大,寻线效率不高,提出一种基于分布式地理信息系统网络(WebGIS)的远程电网寻线系统优化设计方法。首先,进行系统的总体设计,基于网格WebGIS的远程电网寻线系统主要由无线传感器模块、线路故障处理器模块、线路故障数据通信模块和系统的能量供给模块等组成。其次,设计远程电网寻线网格WebGIS的分布式定位算法。最后,对系统的时钟电路、发射匹配电路、系统电源供电硬件模块进行设计。在Visual DSP++4.5下进行系统的仿真实验,仿真结果表明,采用该系统能有效准确地实现远程电网寻线和故障监测,故障节点的定位准确度高,实现智能寻线。     

多端柔性直流电网线路故障暂态等值电路及暂态特征分析

线路保护问题是柔性直流电网进一步发展的瓶颈，故障后的等值电路及暂态特征作为线路保护的理论基础亟待系统性分析。该文利用换流器与输电线路的暂态模型和故障点的边界条件，建立线模–零模解耦后的暂态等值电路，得到故障行波传递到故障线路端口、直流母线和非故障线路端口的传递函数，分析初始故障行波的暂态变化特征。此外，通过分析故障行波在感性线路端口和故障点间的多次折射和反射，得到故障行波在线路端口反射和故障点折射、反射后波形的方向和幅值变化规律，并分析在故障点线模和零模之间的混叠现象。最后，在PSCAD/EMTDC搭建四端仿真模型，通过理论计算值和仿真模拟值的对比分析验证正确性，并分析换流器、限流电抗器等器件参数变化时波形的变化特点。     

张北柔性直流电网换流阀故障穿越策略与保护定值优化

不同于以往端对端柔性直流工程,应用直流断路器的柔性直流电网要求直流线路故障时换流站可实现故障穿越。文中以张北柔性直流电网工程为背景,首先,建立了直流线路故障时换流阀暂态电流的数学模型;然后,基于传统阀控过流保护策略,分别提出了保证换流阀故障穿越能力的定值设计方法和保证换流阀安全性的定值设计方法,解决了传统的阀控过流保护策略无法兼顾直流线路故障下换流阀的故障穿越能力要求和站内故障时换流阀的安全性要求的问题;最后,提出了基于分桥臂闭锁的新型阀控过流保护策略,并设计了详细的动作时序。在PSCAD中搭建张北柔性直流电网仿真模型,验证了所建立数学模型的准确性和所提出策略的有效性。     

柔性直流电网结构对单极接地故障过电压的影响

柔性直流电网的优势之一是其运行方式灵活可变,考虑到未来在检修等工况下系统可能采取不同的电网结构继续运行,而对于采用架空线的柔性直流电网,直流线路极易发生单极接地故障,因此有必要对不同电网结构下直流线路单极接地故障的过电压水平进行研究。搭建了基于环型四端柔性直流工程的过电压仿真模型,研究了柔性直流电网直流侧接地故障下的暂态过电压特性,计算分析了直流线路发生单极接地故障时,4种柔性直流电网结构下换流站内、外关键节点和设备上的过电压水平。研究表明,伪U型结构下系统的过电压水平相对较低,折线型和真U型电网结构下系统的过电压水平相对较高。不同电网结构对换流变压器阀侧对地电压和换流站母线过电压的影响规律相似。     

利用电流固有频率的VSC-HVDC直流输电线路故障定位

电压源换流器型直流输电（voltage source converter HVDC,VSC．HVDC）线路故障暂态过程中具有相对于交流线路更强的固有频率信号。由于VSC．HVDC直流输电线路两侧并联大电容,在高频的固有频率下系统阻抗可等效为电容阻抗,其值很小,行波在系统侧近似为全反射,因此,VSC,HVDC直流输电线路的固有频率只与故障距离和波速度有关。据此,提出通过对单端电流运用Prony算法进行频谱分析,获取其固有频率进而实现直流输电电路故障定位的方法。仿真结果表明该方法可实现VSC—HVDC直流输电线路的快速、准确定位。     

奇异值差分谱理论及其在行波固有频率提取中的应用

当线路发生故障时,由于波阻抗的不连续性,故障行波的折反射现象会形成一系列混叠的固有频率频谱,因此,有效、准确地从混叠现象中提取行波固有频率成为故障测距的首要问题。因此,文章提出利用奇异值差分谱理论对原始信号进行分类处理,不仅能够降低噪声干扰,还能够提取到不同频率信号,降低频谱混杂现象,并且采用基于谐波模型的概率估计算法准确识别固有频率。通过PSCAD仿真分析,此方法能够从频谱混杂中准确提取到行波固有频率,实现对电网的故障定位。     

MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算

基于模块化多电平换流器的高压直流电网作为支撑高比例可再生能源接纳的有效手段,已经成为电网发展的重要方向。双极短路故障是输电线路发生的最严重故障,目前一般通过在s域内列写直流系统状态方程,然后再基于拉氏反变换求解故障电流,亟待提出短路电流的工程实用计算方法。为此,以张北柔性直流电网为研究对象,首先分析了输电线路双极短路的故障特性及耦合机理。在此基础上,将故障线路靠近阀侧的两端分别看作二端口,分析了故障电流与二端口两侧电压的关系。其次,基于正、负极线路二端口电压变化不大的思想,将环形直流电网简化为两端网络或开式网络,得到故障线路电流的实用计算方法,不再需要求解高阶的拉氏反变换而直接得到故障电流。最后,通过与电磁暂态仿真结果的对比,验证了实用计算方法的可行性与高效性。     

基于输电网中故障行波分布和网络依赖图的故障定位算法

由于传统双端行波定位方法用于整个电网故障定位存在着一些不足,故笔者分析了电网系统结构特点,在双端行波定位的基础上,提出了一种依赖图的高压电网输电线路故障定位方法。该方法依据电网对象间的告警关联关系构建相应网络依赖图,当电网内某条线路发生故障后,每个变电站定位装置均记录下电压行波到达该站的时刻,通过分析各站时间信息,首先在电网中判断出故障线路,然后结合依赖图中最优有序对,计算得出故障点的准确位置。运用该方法对故障仿真实例进行了分析,仿真结果表明了方法的可行性。     

柔性直流电网单极接地短路电流计算方法

在柔性直流电网工程设计与直流断路器选型中，电网的短路电流是重要的参考依据。针对以架空线作为金属回线网络的真双极柔性直流电网，文章提出了一种单极接地短路电流计算方法。该方法的基本原理是通过建立单极接地故障时电网的状态方程求解柔性直流电网中的短路电流。以张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程为例，通过对比理论计算与系统仿真结果，证明了该方法的正确性与高效性。文中利用该方法分析了限流电抗器电感值等参数对短路电流的影响规律，为工程设计提供了一定参考。文章提出的计算方法可以广泛地适用于不同端数的基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的柔性直流电网工程，为柔性直流电网工程的参数设计与直流断路器的选型提供支撑。     

基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别

为提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统的直流线路故障处理能力,提出了一种基于暂态电流相关性的直流线路故障判别方法。直流线路发生区内、外故障时,直流线路两端的电容支路暂态电流与直流线路入口处暂态电流特征差异明显;利用Pearson相关系数来描述电容支路与线路入口处暂态电流的差异程度,直流线路故障的判别仅通过线路两端计算的暂态电流Pearson相关系数即可实现。该故障判别方法可克服非故障线路馈入电流的影响,适用于两端以及多端柔性直流输电系统。分析和仿真结果表明,该故障判别方法不受高频分量、数据同步、故障位置与类型、噪声干扰以及控制方式等因素的影响,能准确地识别直流线路区内、外故障,实现故障线路的选择。     

基于ARIMA的矿山电网故障暂态行波波头辨识及故障测距

由于矿山电网含有大量的整流设备及非线性负载,运行时含有稳定的高次谐波分量和高频噪声,同时矿山电网多为短距离线路,故障后产生的暂态信号与原有高次谐波混叠严重,给行波故障测距带来了极大的困难。通过分析矿山电网故障行波的时域特征,提出基于整合移动平均自回归模型(ARIMA)对行波波头到达前的高频周期信号进行预测,并结合波头到达时刻的真实波形得到波形残差,同时对残差进行平稳性校验,通过行波波头到达时刻前后残差平稳性的不同确定准确的波头到达时刻,进而实现行波故障测距。利用低压电缆网络仿真实现矿山电网故障,仿真结果表明:与小波变换与经验模态分解相比,所提方法能够准确辨识行波波头,且不易受故障状况和噪声的影响,能有效提升行波可行性及精度,尤其适用于含有整流设备及非线性负载矿山电网故障测距。     

（20期已排）基于聚类经验模态分解和差分熵的输电线路故障测距研究

为提高输电线路的故障测距精度,本文提出了一种基于聚类经验模态分解(EEMD)和差分熵(DE)的输电线路故障行波测距方法。首先利用改进的差分熵信号处理方法对输电线路电流进行熵值计算,通过与正常电流熵值的对比,判断电流是否发生突变。然后采用EEMD分解对发生突变的故障电流进行处理,有效去除故障信号中的噪声,避免模态混叠,获取准确反映故障信息的IMF分量。随后对分量实行差分熵方法中的差分分析,将电流的变化幅度进行有效量化,并建立每个信号点的变化程度与时间的对应关系,从而解决波头位置难以确定的问题,获得故障初始行波到达每个监测点的准确时间。最后利用行波双端法,实现输电线路的故障测距。仿真结果表明,该方法能够较好地解决故障测距时存在的信号噪声和波头测量时间不准确的问题,有效提高故障测距的精度。