基于小波包变换的暂态电流保护在带固定串补的超高压线路上的应用研究

运用柏德生法则,定性地分析了带固定串补的超高压线路上的波过程及保护安装处反射电流与透射电流的S域表达式,该暂态量保护的性能不受串补电容金属氧化物变阻器（MOV）保护非线性特性的影响。以小波包分解作为分频手段对暂态电流进行分频,利用高低频段能量比作为保护判据。理论推导与仿真结果证明,该原理的保护可应用于带串补的超高压线路。且与串补电容安装位置基本无关,对不同的系统运行方式、故障类型、故障初始角及过渡电阻不敏感。     

人工智能在电力系统暂态保护中的应用

电力系统暂态保护采用故障产生的高频信号检测故障,具有动作速度快,且不受系统运行方式的影响等优点．但其保护原理很难用解析式表达,不易进行精确分析．人工智能技术宜于对难以表述的知识进行分析处理,为暂态保护提供了有力的分析工具．介绍了暂态保护近期进展,分析了人工智能的特点,介绍了人工智能在暂态保护中的应用     

基于暂态能量的输电线路速动保护方案

利用母线杂散电容吸收高频分量的特点,构成了能准确区分区内、区外故障的速动保护方案。对输电线路保护安装处的电压、电流进行模量转换得到模量电压和模量电流,并将模量电压和电流进行Daubechies 4小波变换得到所需频段的低频信息和高频信息,利用这些信息计算得到相应频段的频谱能量,然后得到模量电压和模量电流的暂态特征,将电压和电流的暂态特征综合起来得到故障后的暂态能量,该暂态能量可用来识别故障位置。该保护方案的灵敏度不受过渡电阻、雷击、故障类型、负荷电流、系统运行方式等因素的影响。此外,由于保护的数据窗很短,电压互感器、电流互感器的传变特性对保护的性能没有影响。     

A new non-communication protection technique for transmission lines

This paper proposes a new noncommunication protection technique for transmission line protection. The technique relies on firstly the detection of fault generated high frequency current transient signals. A specially designed multi-channel filter unit is then applied to the captured signals to extract desired bands of high frequency signals. Comparison between the spectral energies of different bands of the filter outputs determines whether a fault is internal or external to the protected zone. In addition to the saving in costs through negating the need for a communication link, the technique also retains many advantages of the `transient based protection' technology, such as insensitivity to fault type, fault position, fault path resistance and fault inception angle. It is also not affected by CT saturation, the power frequency short-circuit level at the terminating busbar or the precise configuration of the source side networks     

基于高频暂态分量进行相关分析及模糊推理的选相新方法

提出一种利用故障分量中高频分量实现故障选相的新原理。该原理直接利用电流互感器饱和前传变的暂态高频电流,使用小波提取相应频段暂态信号特征,对提取的信号特征进行相关分析,使用模糊集合对相关系数的隶属度综合评判进行选相。用该原理实现的选相装置可以配合基于暂态量的单端保护使用,具有超高速的特点,且不受过渡电阻、故障初始角及系统振荡的影响。对于三相换位不完全造成模量不平衡的情况也能进行正确选相。对某典型500 kV线路进行各种故障类型仿真,取得了满意的效果。     

A new technique for transformer protection based on transientdetection

This paper proposes a new technique for transformer protection. The technique is concerned with the detection of the fault generated high frequency current transients by means of a specially designed relay unit. The relay, tuned to a band of high frequencies, is used to capture the transient currents from both sides of the transformer; the differential and average currents between the two sides are then calculated. The spectral energies of these current signals are extracted to produce the operate and restraint signals; a comparison between the levels of the two signals determines whether the fault is internal or external to the protected zone. A new technique for inrush detection has also been proposed in this paper. The technique detects inrush current by using the high frequency components contained in its current transient signal. The restraint signal is derived by computing the ratio of the spectral energy of the transient signal to the fundamental current. A comparison between the level of restraint signal and a pre-defined threshold determines whether a magnetizing inrush is in process. Simulation studies with respect to different fault and inrush conditions have been conducted, and the results prove that the proposed technique is able to offer fast responses in protection and accurately discriminate between inrush magnetizing current and internal faults     

分布式电源多点接入配电系统的集成保护

针对分布式电源多点接入的配电系统,提出了一种基于暂态极性保护原理的集成保护新方案。暂态极性比较保护是运用小波变换提取故障暂态高频信号的某一频段信息作为故障判断的依据,通过比较暂态高频信号的极性,迅速准确判断出故障位置。将暂态极性比较保护原理应用于配电网集成保护方案中,以母线作为载体构建集成保护单元,利用本地故障信息和相邻保护单元故障信息对母线各出线以及线路两端信号的极性进行比较,从而对母线故障和线路故障进行判断。与此同时,集成网络保护单元提取多点信息,对整体区域暂态信号极性进行综合比较,实现对故障的快速定位与隔离,为本地保护提供后备保护。最后,利用MATLAB软件对其进行了仿真分析,仿真结果验证了此保护方案的正确性和可行性。     

电力系统故障暂态信号的功率谱估计

利用平稳随机过程的频谱估计方法，可以通过信号的功率谱识别信号的频域特征，简述了其基本思想和重要结论。采用频谱估计方法对电力系统故障暂态信号的频域特征进行了分析，从频域的不同侧面研究了电力系统高压输电线路故障信号的特点、性质，将为利用故障高频暂态噪声的新型保护研究提供有益的参考。仿真及功率谱估算结果表明，采用平稳随机过程功率谱估计方法进行输电线路故障暂态信号的功率谱估计是可行的。     

Impacts of DFIG‐based wind farm integration on its tie line distance protection and countermeasures

Modern power grids, especially high‐voltage grids, are increasingly integrated with wind farms. The correct action of distance protection for the wind farm tie line plays an important role in the safe and stable operation of the power system. However, based on the fault characteristics of wind farms based on the doubly fed induction generator, considering crowbar action and weak infeed properties, this paper reveals some serious defects of conventional distance protection. The result shows that, due to the influences of mixed data window and damped current component with near‐rotor‐speed frequency, the fault distance calculation result obtained by the fundamental‐component‐based distance protection is inaccurate. To tackle this problem, a transient‐based distance protection countermeasure along with a faulted phase selection technique is proposed. Specifically, the transient phase voltage characteristic for different fault types is analyzed to select the faulted phase. Considering the effect of high‐frequency components, pre‐fault voltage compensation, and transducer characteristics, a distance calculation procedure including a low‐pass filter, the reconstruction of voltage at the fault point, and an iterative fault distance calculation is proposed. The comprehensive performance of the proposed method is validated by the simulation case studies using the PSCAD /EMTDC software. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于故障产生的电压暂态高频分量的模糊选相新原理

提出一种基于故障分量中的高频分量的故障选相新原理。该原理利用电压故障分量中 的高频成分,提取三相电压以不同相为基准的模变换的频域特征,利用模糊集合对该特征进 行处理以实现故障选相。该原理具有类似行波保护的超高速的特点,但选相并不仅限于利用 行波波头的特征,且不受过渡电阻和故障初始角的影响,对于振荡中发生的故障也能可靠地 选出故障相,具有较强的鲁棒性。用EMTP对某典型500 kV线路的各种故障进行了仿真,取得 了理想的效果。     

Positional protection of transmission systems using GlobalPositioning System

This paper presents a new technique for the protection of power transmission systems by using the Global Positioning System (GPS) and fault generated transients. In the scheme, the relay contains a fault transient detection system together with a communication unit, which is connected to the power line through the high voltage coupling capacitors of the CVT. Relays are installed at each busbar in a transmission network. These detect the fault generated high frequency voltage transient signals and record the time instant corresponding to when the initial travelling wave generated by the fault arrives at that busbar. The communication unit is used to transmit and receive coded digital signals of the local information to and from the associated relay(s) in the system. At each substation, the relays determine the location of the fault by comparing the GPS time stamps measured locally with those received from the adjacent substations. Extensive simulation studies presented in the paper demonstrate the feasibility of the scheme     

特高压交流试验示范工程线路保护探讨

根据特高压交流示范工程系统参数、动模试验数据及系统调试数据,分析了1000kV特高压输电线路保护的有关问题,诸如:采取补偿措施的分相电流差动保护;故障暂态过程中产生的高频分量频率接近工频频率;短路过程中非周期分量衰减常数较大;故障尤其是高阻接地时故障分量可能比较小;CVT暂态过程和过电压问题。结果显示,目前的保护配置完善可靠,可以满足特高压系统安全稳定运行的需求。     

一种基于简化能量比的直流线路故障区间定位方法

高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频分量都有明显的衰减作用,这一故障特征被广泛运用于暂态保护,且有研究显示,相较于线路边界,长线路对故障暂态高频分量的衰减作用可能更大,为避免这种情况引起的保护误动,目前常用的故障特征提取方式为利用不同尺度的小波变换获取暂态信号能量比。但基于小波变换的暂态保护存在算法相对复杂,基波选取模式不统一等问题。因此提出一种新的比值算法,针对故障暂态信号中的能量比,用全电流代替低频分量,简化了直流线路故障信息处理过程,由此设计出了新的直流线路故障定位方法,并且利用该判据可直接实现故障极判断。在MATLAB中进行了大量仿真验证,证明该保护算法可以正确反映出故障特征,逻辑简单,并且能够迅速可靠动作。     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理

平波电抗器、直流滤波器、PLC滤波器构成特高压直流输电线路现实边界。分析特高压直流输电线路以及边界的频率特性,研究特高压直流输电线路以及边界对故障暂态电压信号高频量的衰减作用,得到当故障发生点与保护安装点的距离大于 时,线路对频率为 高频量的衰减作用将大于边界的衰减作用的结论。证明特高压直流输电系统整流侧和逆变侧关于直流输电线路中点对称,提出利用保护元件区分对侧区内外故障的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理和动作判据,该原理能实现特高压直流输电线路全线保护。建立云广特高压直流输电系统实际参数仿真模型,对所提出的特高压直流输电线路双端电压暂态保护原理进行仿真验证。     

基于多频带能量的高压直流输电线路单端暂态电流保护

分析高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)线路边界和线路的频率特性,直流线路边界和直流线路对故障暂态电流信号高频分量都具有衰减作用。一些文献据此利用高频分量作为单端暂态保护的判据,但是对于长线路来说,直流线路对于高频分量的衰减可能会大于直流线路边界对高频分量的衰减作用,这样可能会造成保护误动作。进一步分析发现,直流线路边界对于低频分量具有放大作用,直流线路对于低频分量具有衰减作用。因此提出一种基于多频带能量的HVDC线路单端暂态电流保护新原理。利用0~1.25 kHz低频带能量、高频带和低频带能量比来区分区内、区外短路故障,故障性雷击和非故障性雷击,利用正极和负极的能量比判别故障极。     

基于数值拉普拉斯逆变换的MMC-HVDC故障电流计算

对模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统的故障暂态分析是保护策略精细化设计和设备参数选取的重要依据。为真实反映故障后架空线路上电流行波过程,有必要在分析中引入传输线分布参数模型。首先,对故障阶段的MMC进行合理等效;然后,在复频域下建立直流系统故障等值电路,采用节点分析法求解故障电流,并通过数值拉普拉斯逆变换(NILT)将复频域中获得的分析结果转换为时域响应;最后,将基于NILT的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比验证。结果表明:所提方法具有较高精确度,可以有效反映故障行波的传播特性,对MMC-HVDC系统的保护设计具有积极意义。     

高压输电线路双端暂态电压保护新算法

研究了利用高压输电线路两端暂态电压信号实现保护的方法。分析了区内和区外故障时线路两端高频暂态电压信号的差异,推导出暂态电压含量比和暂态电压奇异度比。利用信号的小波变换结果计算出以上比值,并由此构造出了双端暂态电压保护判据,同时给出保护定值的设定原则。利用不同位置和类型故障的仿真对算法进行了验证,算法判别准确可靠,选择性好。     

基于暂态量超高压输电线路无通信保护的研究

高压输电线路发生故障后的暂态电压或电流分量中含比工频分量更多的故障信息,充分利用这一信息是构成具有绝对选择性单端无通信保护的前提,对目前基于暂态量的无通信保护的研究进行了对比和分析,并提出了目前基于暂态量的高压线路无通信保护的发展方向。     

利用单端暂态量实现超高压输电线路 全线速动保护新原理研究（一）——故障暂态过程分析及实现单端暂态量保护的可行性

在综述暂态量保护特别是反应是单端暂态量的超高压输电线路全线速动保护的基础上,利用输电线路的波传导方程分析了故障暂态过程是由于故障点行波在输电线路上多次折、反射的叠加而形成。母线的杂散电容和阻波器等的存在,使得区内、外故障产生的暂态分量有差异,这种差异主要表现在暂态电压、电流波形的高频分量部分。利用DSP硬件手段和小波分析的数学工具,可以构成单端暂态量保护,实现全线速动。