一种基于Hausdorff距离算法的电流互感器饱和识别策略

为解决电流互感器(TA)饱和导致的线路电流差动保护误动问题,提出一种基于Hausdorff距离算法的电流互感器饱和识别策略。首先,分析了电流互感器的饱和特性,指出现有饱和识别方法的问题。然后,基于电流互感器正常电流波形和饱和电流波形的特征,引入了在几何建模、图像识别等领域广泛应用的Hausdorff距离算法,提出了TA饱和识别判据,该判据能在线路区外故障发生互感器饱和时可靠闭锁电流差动保护,在区内故障时可靠不动作。理论分析和基于PSCAD的仿真结果表明,所提TA饱和识别策略能有效识别不同程度的电流互感器饱和,识别快速且准确性较高,具有一定的工程借鉴意义。     

基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据EI北大核心CSCD

根据不同类型故障下的输电线路两侧电流波形特点,从实用化角度考虑,结合Bhattacharyya距离算法,提出了基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据。通过仿真实验分析了该判据的动作特性和灵敏度等问题。仿真结果表明,利用Bhattacharyya系数进行线路两侧电流波形相似度比较的纵联保护,原理简单,可靠性和灵敏度高,能快速有效识别输电线路中出现的各类故障,并在区外故障引起某侧电流互感器饱和而导致波形缺失以及波形采样异常时能够可靠闭锁,具有很强的抗干扰性。     

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。     

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。     

基于波形相似度的抗电流互感器饱和变压器相位差动保护

变压器差动保护中电流互感器饱和导致保护可靠性与速动性降低。文中利用波形相似度对变压器区内、区外故障,尤其是电流互感器饱和时两侧电流相位信息进行提取,提出一种基于波形相似度的抗电流互感器饱和变压器差动保护判据,以识别包含电流互感器饱和在内的各种故障情况。仿真与动模试验结果表明,该判据在识别变压器区内、外故障,尤其是电流互感器饱和时均能做出正确判断。对于噪声干扰的情况仅需做简单处理判据即可有效识别故障。     

电流互感器饱和对风电场送出线纵差保护的影响及对策

目前风电等新能源应用越来越广泛,而风电场送出线路电流互感器的配置依旧采用常规的方法进行选型计算。当风电场送出线发生故障时,由于风电场呈现出弱电源特性,且输出故障电流含有大量的非周期分量使电流互感器易发生饱和现象,从而导致送出线路纵差保护误动。利用PSCAD和Matlab软件,针对风电场送出线路电流互感器的不同饱和情况分别进行了仿真分析。为了提高纵差保护的可靠性,给出在保护中采用改进递推两点乘积算法的措施。仿真结果表明,改进递推两点乘积算法能有效避免电流互感器饱和所带来的区外故障保护误动作的问题,且计算、动作时间更快,从而提高了送出线路纵差保护的可靠性和快速性。     

基于故障分量的T接线路电流纵差保护新判据

分析了基于故障分量的传统差动保护在复平面上的动作特性,指出传统原理在保障内部故障的灵敏性与外部故障的可靠性方面存在一定的限制。提出了结合电流相位差的T接线路电流差动保护新原理,实现了制动项在区内外故障分别体现为驱动和制动两种状态,同时提高了差动保护的灵敏性和可靠性。理论分析表明新原理在内部故障的灵敏性和外部故障的可靠性方面均优于传统判据,具有良好的抗电流互感器饱和性能。仿真实验证明了新原理的有效性。     

基于故障分量的T接线路电流纵差保护新判据

分析了基于故障分量的传统差动保护在复平面上的动作特性,指出传统原理在保障内部故障的灵敏性与外部故障的可靠性方面存在一定的限制.提出了结合电流相位差的T接线路电流差动保护新原理,实现了制动项在区内外故障分别体现为驱动和制动两种状态,同时提高了差动保护的灵敏性和可靠性.理论分析表明新原理在内部故障的灵敏性和外部故障的可靠性方面均优于传统判据,具有良好的抗电流互感器饱和性能.仿真实验证明了新原理的有效性.     

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。     

基于电流幅值比的逆变型新能源场站送出线路T接纵联保护

逆变型新能源的内阻抗不稳定、相角受控,因此比率制动式差动保护面临巨大挑战。为解决该问题,提出了基于两侧电流幅值比的纵联保护方法,同时分析了该方法在场站T接情况下的适应性并提出了改进判据。所提方法只需传递标量信号,降低了对通信系统和同步能力的要求,且在重合于永久性故障以及场站失电情况下均能正确动作,原理简单可靠,具备工程应用价值。仿真结果表明所提方法能够正确区分区内外故障,录波数据进一步证实了该方法的有效性。     

基于自定义差分电流的MMC-HVDC输电线路纵联保护

为可靠检测模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电线路故障并实现故障选极,提出一种纵联保护新原理。基于MMC-HVDC系统自身特点,综合使用两端换流站不同极线路电压量和电流量构造保护特征量——自定义差分电流。分析研究表明,直流侧故障时的自定义差分电流绝对值明显大于系统正常运行和交流侧故障时的自定义差分电流绝对值;直流侧正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障时自定义差分电流正负性不同。根据此特征,构造纵联保护判据来识别直流侧故障并完成故障选极。仿真结果表明,该原理在一定故障条件下可快速可靠地识别直流线路故障并实现故障选极。     

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。     

采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法

直流线路的保护是多端柔性直流电网发展面临的关键问题之一。文中针对现有纵联电流差动保护存在的问题,提出了一种采用电流突变量夹角余弦值的纵联保护方法,它利用线路两端电流突变量计算夹角余弦值从而进行区内、外故障判断。区内故障时,线路两端电流突变量方向相反,夹角余弦值为负值;区外故障时,线路两端电流突变量方向相同,夹角余弦值为正值。保护方法采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。仿真表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。     

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。     

应用两端电流采样值二维空间映射分布特征的线路纵联保护

针对传统纵联保护在区外故障伴随电流互感器饱和时发生误动作的问题,提出一种基于线路两端电流采样值映射于二维空间分布特征差异的线路纵联保护新方案。该方案以线路两端电流采样点(母线指向线路为正方向)为坐标点映射于二维空间,在线路正常运行和外部故障工况下,映射点位于二维平面坐标系的第二、四象限;而内部故障工况下,映射点位于平面坐标系的第一、三象限。仿真和动模试验结果表明,所提方案能快速有效识别输电线路中出现的各类故障,对伴随电流互感器饱和及异常数据的故障也能正确识别。     

基于电压电流突变量的MMC-MTDC纵联保护方案

作为柔性直流输电线路后备保护的纵联电流差动保护,通过较长延时来防止线路分布电容等问题引起的误动,无法满足保护对于速动性的要求,针对这一问题提出了一套基于电压电流突变量夹角余弦值的纵联保护方案。该方案利用故障发生时,故障与非故障状态下直流线路两端的电压、电流突变量之间的夹角余弦值构造故障识别判据,并利用故障发生时线路正、负极电压的数值差异作为故障极判据,形成了一套完整的纵联保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC）系统仿真模型对保护方案进行验证,结果表明,所提纵联保护方案能够实现在各种故障情况下的故障判别,并且满足直流线路对保护速动性的要求,可以作为直流线路的后备保护。     

变压器间及其与电流互感器暂态交互作用分析和保护对策

交直流混联复杂电网发生扰动和故障期间,变压器之间及其与电流互感器之间将发生暂态交互作用,这一复杂暂态过程,增加了故障判断的难度,影响到继电保护正确动作。近年来,电网发生不少由于变压器空投导致相邻变压器、发电机和输电线路保护误动的事故,威胁电网安全运行。从原理分析、数字仿真以及动模试验等多个层面围绕变压器励磁涌流、和应涌流以及互感器暂态饱和开展研究,论述变压器之间及其与电流互感器暂态交互作用机理,分析电磁暂态对保护的影响,提出保护的应对措施。并讨论了一种多场景仿真平台,可用于电流互感器选型和事故分析。     

基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护

现有的行波保护和电流差动保护间的配合存在延时,使得故障过程中的直流控制暂态阶段缺乏相应的保护。基于控制保护融合的思路,利用故障后直流控制暂态阶段两换流站侧的触发角变化特征,提出一种基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护新原理。通过构造整流侧和逆变侧的触发角变化率均值间的余弦相似度判据和固定时间间隔的触发角变化量判据,实现区内外故障的准确识别。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方案可在直流控制暂态阶段识别故障,耐受过渡电阻能力强,动作速度较快,且数据采集不需要严格同步,可作为高压直流线路的快速后备保护。