基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

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。     

基于零模电流相关性的直流配电网单极接地选线方法

柔性直流配电系统最常见的故障是单极接地故障。发生单极接地故障后,系统出现故障极与非故障极电压不平衡的现象,对系统安全稳定运行产生威胁,对保护方案的快速性和可靠性提出很高要求。针对此问题,首先分析了柔性直流配电系统线路发生单极接地故障后的故障电流特征,然后验证了故障时线路两端零模电流分量的相关性,最后提出基于线路两端零模电流量相关性的柔性直流配电系统单极接地选线方案。该保护方案充分利用故障后系统固有暂态特征,无需利用边界元件构造边界特性。在实时数字仿真器(Real Time Digital simulator, RTDS)上搭建基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的柔性直流配电系统电磁仿真模型验证所述方案的有效性。结果表明该选线方案能够实现快速、可靠识别故障线路,且耐受过渡电阻、噪声、传输延时的能力强,不受交流侧故障影响。     

基于共模功率的交直流混合配电网单极接地故障识别方法

交直流混合配电网中高占比的电力电子设备对系统故障的识别提出了挑战，如何准确识别短路故障并采取对应的系统保护策略成为一大难题。为实现交直流混合配电网的安全稳定运行，提出一种基于共模功率的故障识别方法，通过判断基于共模功率的单侧故障信号和共模电压的极性，识别出直流线路区内外的单极接地故障，并制订单极接地故障保护策略。基于RTLAB平台搭建了交直流混合配电网硬件在环测试平台，并在系统不同位置开展单极接地故障试验。仿真结果验证了所提方法能有效识别出直流线路区内外的单极接地故障，且有较强的抗过渡电阻能力。     

基于电流波形匹配的高压直流输电线路纵联保护

在分析直流线路两端特定频率电流波形特征的基础上,提出了一种新的直流输电线路纵联保护方案。对直流滤波器进行阻抗–频率特性分析,发现滤波器在特定频率点阻抗值接近于零,即滤波器对该频率电流具有良好的滤波效果,正常运行时直流线路两端特定频率电流几乎为零。故障时,由于系统阻抗特性改变,线路两端特定频率电流显著增加。通过对直流线路谐波等值网络进行分析,发现区内故障时,线路两端特定频率电流都由直流母线流向线路;整流侧区外故障时,直流线路整流端的特定频率电流由直流母线流向线路,而逆变端则由线路流向直流母线;逆变侧区外故障时,与整流侧区外故障情形相反。特定频率电流方向一致时波形匹配程度高,而当方向相反时,波形匹配程度低,利用该特征构成直流线路区内、外故障判据。针对现行直流线路电流差动保护的缺陷,提出了一种改进的直流线路后备保护方案。大量仿真结果表明,该保护方案原理简单,能可靠、准确识别直流线路区内、外故障,且具有较高的过渡电阻能力。     

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。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

基于单端电气量的多端柔性直流配电系统暂态保护

随着配电系统结构的发展与变化,传统交流配电系统、高压直流输电系统的保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。目前所提直流配电线路的保护方案有2种思路:基于线路两端信息和基于线路单端信息。前者需要通信通道,要求两端数据的同步,动作速度慢;后者需要构造保护边界,增加系统经济成本。基于此,提出了一种基于单端电气量、无需构造保护边界的多端柔性直流配电系统暂态保护方案。首先,分别计算线路一侧的正、负极暂态电压与其正常稳态电压的标准差系数识别故障极。然后,分析发生区内故障时各电气量的时域解析关系,分别推导出单、双极故障时的微分方程以计算故障距离,从而实现区内、外故障的快速、可靠识别。最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。仿真结果表明,所提保护方案在各种故障情况下仅基于本地信息即可有效识别故障极和区内、外故障,有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力,满足直流配电网对保护速动性与选择性的需求。     

注入探测信号的直流配电网接地故障识别方法

为准确可靠识别直流配电网接地故障,解决现有基于故障暂态信息识别方法可靠性和灵敏度不足的问题,提出基于探测信号注入的接地故障识别方案。提出一种利用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)注入正弦探测信号的附加控制策略;并进一步结合MMC响应速度、电网安全运行准则和测量设备精度等约束确定了探测信号参数的选择依据;在此基础上,分析了故障网络对探测信号的响应特征,得出从馈线首端看入的线路零模阻抗在故障下显感性,而非故障下显容性的结论;据此设计了接地故障识别方法,方法兼具永久性故障判别能力。仿真结果表明:所提接地故障识别方法能在500Ω过渡电阻下可靠识别发生在母线或各条馈线任意位置的单极接地故障,整体性能优于现有的接地故障识别原理。     

利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电控制系统复杂,故障承受能力差,线路保护装置动作正确率不高。文中提出了一种利用模量模型识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该原理将区外故障等效为正的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为1;将区内故障等效为负的电容模型,差动电流和差动电压导数相关系数为-1。通过判别相关系数的正负,即可区分区内、区外故障。在实际运行中,VSC-HVDC输电系统多为双极运行,为降低极间电磁耦合的影响,采用了1模和0模量构成判据。理论分析和PSCAD仿真实验表明,新原理无需补偿输电线路电容电流,原理简单、易于整定,不受过渡电阻和控制特性的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障。     

基于波形相关性的直流配电网主动式接地故障选线

采用小电流接地方式的直流配电网发生单极接地故障时故障特征较弱,为准确可靠选出故障线路,文中提出基于注入信号波形相关性的接地故障选线方法。所提方法首先将预先设计的附加控制策略施加于直流配电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)上,实现探测信号注入。然后结合零模网络,得出故障特征为：各条健全馈线首端计算的特定频率零模电流流向相同、而其与故障馈线首端计算的零模电流流向相反。最后,基于该故障特征设计选线判据,引入皮尔森相关性系数比较各条馈线的归一化零模电流和总归一化零模电流的相关性,根据健全馈线相关性系数接近于1、故障馈线相关性系数接近于-1的特征完成故障选线。仿真结果表明,所提方法在高阻接地故障下能可靠识别发生在母线或各条馈线任意位置的单极接地故障。     

基于电压相量平面的单相高阻接地保护方案

针对经过渡电阻发生单相接地故障时电流差动保护灵敏性降低的问题,提出了一种基于电压相量平面的单相高阻接地保护方案。首先,利用保护安装处的序电流与故障点电流相位近似相等的特点,计算线路两端电流的夹角。然后,通过对线路两端电流的夹角实测值与计算值求取差值,得到单相接地保护相角差。最后,根据单相接地保护相角差在区内故障与区外故障的差异,构造了单相高阻接地故障的动作判据。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该方案不受故障相别、过渡电阻、故障位置、运行工况等因素影响,能够准确地反映保护区内与区外故障,且具有很高的灵敏性和可靠性,可作为电流差动保护的有效补充。     

基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。     

柔性直流电网直流线路故障的过电压机理分析

针对对称单极结构的MMC型柔性直流输电系统,首先深入分析了直流侧单、双极短路的故障电流演变规律,进而揭示了非故障极充电和波过程分别是导致单极接地故障和双极短路故障过电压的主要原因。然后,以一个三端柔性直流电网为例进行仿真验证,并重点分析了不同因素对过电压的影响。研究结果表明,故障电阻对过电压峰值影响较大,而换流站闭锁、接地方式、线路保护等因素的影响较小。最后,对单极、双极故障过电压进行了总结和对比分析。     

光伏电站汇集系统单极接地故障的皮尔逊相关系数识别方法

为避免光伏直流升压汇集系统发生单极接地故障时影响系统的正常运行,提出一种基于皮尔逊相关系数的汇集系统直流侧单极接地故障识别方法.首先阐述汇集系统直流侧经分裂电容接地方式,接着重点分析接地故障时的故障特性,随后阐述皮尔逊相关系数的原理并利用相关系数对单极接地故障进行原理分析,最后提出利用直流电抗器在单极接地故障时故障线路...     

基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。     

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...