基于模型误差的自适应方向元件

为克服目前快速方向元件动作范围整定的盲目性和保守性,提出了基于模型误差的自适应方向元件.模型误差反映了计算模型与实际模型之间的差别,它与保护计算的相位误差有确定的关系.使用ATP仿真软件建立双端电源超高压输电线路模型.通过R-L模型参数识别的方法判断故障方向,把反映系统网络结构的微分方程产生的归一化误差作为模型误差.通过大量故障仿真计算建立模型误差与相位误差之间的关系.故障后实时地计算模型误差,根据模型误差与相位误差的关系自适应地调整方向元件的动作范围.仿真结果显示该方法能使保护更好地适应系统的状况,提高了方向元件的性能.     

基于波形系数的自适应距离保护

为了描述非全波波形畸变程度,提出了波形系数的概念。仿真显示,波形系数与电气量幅值误差有明确的关系。针对目前快速距离保护采用的保护范围反时限特性具有保护范围的开放很保守、不能保证远端故障的快速切除等缺陷,提出了基于波形系数的自适应距离保护方案。故障发生后,实时计算波形系数,并根据波形系数自适应地调整保护的整定值,使保护更好地适应系统的故障状况,而不再采用按时限逐步开放保护范围的做法。     

基于波形系数的自适应距离保护

为了描述非全波波形畸变程度，提出了波形系数的概念。仿真显示，波形系数与电气量幅值误差有明确的关系。针对目前快速距离保护采用的保护范围反时限特性具有保护范围的开放很保守、不能保证远端故障的快速切除等缺陷，提出了基于波形系数的自适应距离保护方案。故障发生后，实时计算波形系数，并根据波形系数自适应地调整保护的整定值，使保护更好地适应系统的故障状况，而不再采用按时限逐步开放保护范围的做法。     

适用于半波长输电线路的快速方向纵联保护方法

基于工频故障分量和序分量的功率方向元件利用背侧阻抗特征可以准确识别线路正、反向故障,但由于半波长输电线路波过程的折反射时间很长,因此常规方向元件在保护启动后无法快速、准确判别反向故障。为此,提出了一种适用于半波长输电线路的新型故障分量方向保护方法。该方法利用半波长输电线路反向故障初期电压相间差故障分量和电流相间差故障分量的幅值相位关系,在线路两端分别计算反向识别系数;通过反向识别系数的大小来实现反向故障的识别。同时,采用工频故障分量方向元件和负序方向元件作为判定正向故障的辅助判据,与新方法一起构成了半波长输电线路快速方向纵联保护方案。该方案采用基于反向识别系数的快速动作逻辑,利用保护对反向故障的快速识别实现区内故障的快速动作。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法可以准确识别线路正向故障和反向故障,实现半波长输电线路全线速动。     

模型识别用于继电保护的理论初探

通过对被保护元件的区内、区外故障分析,分别建立区内故障模型及区外故障模型,采用时域中短数据窗,分别计算故障实测信号与两种模型的匹配程度,判别内、外部故障,从而构成模型识别的保护新原理。物理分析指出,对与实测故障信号相匹配的故障模型,计算出的模型方程系数由真实元件参数所决定,唯一稳恒,其模型误差恒为零;对不匹配的故障模型,计算出的模型系数没有物理意义,模型误差很大且非平稳波动。数学分析指出,与实测故障信号相匹配的故障模型方程恒成立,模型误差为零;不匹配的故障模型的方程系数则是频率相关的,模型误差很大。ATP仿真实验进一步证明了上述分析结果,利用故障暂态过程中的全频域信息可以实现基于模型识别的保护,该原理可靠性高、动作速度快。     

模型识别用于继电保护的理论初探

通过对被保护元件的区内、区外故障分析,分别建立区内故障模型及区外故障模型,采用时域中短数据窗,分别计算故障实测信号与两种模型的匹配程度,判别内、外部故障,从而构成模型识别的保护新原理.物理分析指出,对与实测故障信号相匹配的故障模型,计算出的模型方程系数由真实元件参数所决定,唯一稳恒,其模型误差恒为零;对不匹配的故障模型,计算出的模型系数没有物理意义,模型误差很大且非平稳波动.数学分析指出,与实测故障信号相匹配的故障模型方程恒成立,模型误差为零;不匹配的故障模型的方程系数则是频率相关的,模型误差很大.ATP仿真实验进一步证明了上述分析结果,利用故障暂态过程中的全频域信息可以实现基于模型识别的保护,该原理可靠性高、动作速度快.     

利用电压相关性的±800kV直流输电线路区内外故障判断方法

对--800-kV直流输电线路区内及区外故障分量附加网络的理论分析表明,当直流输电线路发生区内故障时,于故障启动元件响应之后的短数据窗内,线路两侧电压电流故障分量均满足平波电感元件性能方程(voltage current relation,VCR);当发生区外故障时,故障侧的电压电流故障分量则不满足平波电感元件的VCR。为此,提出了基于实测电压与计算电压相关性的区内外故障判断方法:直流线路发生区内故障时,运用线路两侧实测电流由平波电感元件VCR分别计算两侧的电压,计算所得的电压波形与实测电压波形正相关,且数值很大;发生区外故障时,则故障侧计算所得的电压波形与实测电压波形负相关。据此,利用线路两侧计算的电压波形与实测电压波形的相关系数构造区内外故障识别判据。仿真结果表明,该识别算法可灵敏区识别内故障并可靠识别区外故障,可用于加速直流输电线路的后备保护动作。     

具有低电压穿越能力的光伏电源接入配电网方向元件新判据

具有低电压穿越能力的光伏电源与传统电源故障输出特性不同,其接入将影响配电网中传统功率方向元件的动作特性,使得传统功率方向元件不能正确判断故障方向。在研究具有低电压穿越能力的光伏电源接入配电网故障特性的基础上,得出了配电网保护正方向及反方向故障时流过保护的正序电流和保护安装处故障前电压的相位关系,以此为基础提出了一种基于正序故障电流和故障前电压相位信息的方向元件新原理。该原理保证了不同故障类型和故障位置条件下含光伏电源的配电网中方向元件动作的可靠性,同时避免了传统功率方向元件电压死区的问题。经仿真验证了该方向元件原理的有效性。     

基于小矢量算法的自适应椭圆制动特性变压器差动保护

随着高压、超高压变压器的应用,采用半周或全周数据窗计算方法的传统差动保护,动作时间往往会达到30 ms 以上,已经无法满足快速动作的要求。区外故障时,初始暂态分量、CT饱和以及谐波的影响,使不平衡电流增大,差动保护容易误动。采用小矢量变数据窗的计算方法,同时考虑到区外故障因CT饱和或谐波以及暂态电流等影响使电流波形畸变,自动修复制动电流因波形畸变造成实际电流和估算电流计算的误差,在传统比率制动差动保护的基础上,用椭圆制动特性来描述差动保护。区内故障时,动作时间在10~15 ms左右,同时有效的防止了区外故障时或区外故障切除时保护的误动。仿真和试验证明,采用补偿波形畸变的小矢量算法自适应椭圆制动特性,提高差动保护的可靠性和灵敏性,较之传统比率差动保护具有明显优越性和实用性。     

母线保护常规和复式比例制动差动元件灵敏度和安全系数计算分析

分析了母线保护常规和复式比例制动差动元件的动作特性,推导出常规制动系数和复式制动系数的对应关系,得出2种差动元件在母线区内故障不拒动和区外故障不误动的边界条件。提出区内故障伴随汲出电流情形下2种差动元件灵敏度和区外故障伴随故障支路误差电流下2种差动元件安全系数的计算方法。计算给出不同制动系数、电流汲电比和误差下差动元件灵敏度和安全系数数据表,绘制相应曲线族,直观揭示比较2种差动元件在区内故障的灵敏性和区外故障的安全性。     

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法.文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系.结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围.给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素.最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础.     

利用站域信息的智能变电站变压器后备保护方案

采用复压过流原理的变压器后备保护方案存在灵敏度不足、整定配合复杂、故障切除延时过长等问题。提出在智能变电站中采用主后备分离模式的变压器保护配置方案。单独配置的后备保护,利用站域共享信息,以方向比较原理为基础确定故障位置,实现对变压器内部故障、中低压母线故障、死区故障和断路器失灵的后备保护功能。对于不对称故障采用负序、零序方向元件,对于三相故障采用基于正序电流幅值相位比较的方向元件。通过在PSCAD中建立典型的110 k V变电站模型,对于各种故障类型进行仿真,验证了所研究的后备保护方案的有效性。     

双馈风机风电场联络线出口故障方向判别

由于双馈风机风电场故障特性与传统同步机存在较大差别,因此传统方向元件应用于双馈风机风电场时存在适应性问题。针对双馈风机风电场存在的频率偏移、等值内阻抗不稳定和弱馈等特点,提出一种基于时域波形相似度的故障方向元件。根据推算的联络线对侧电压与保护安装处记忆电压波形的余弦相似度判断故障方向,能够有效解决双馈风机风电场出口故障方向判别存在的问题。在PSCAD/EMTDC中搭建典型的双馈风机接入系统,仿真结果表明,所提故障方向元件针对不同的故障类型均能有效判断故障方向。     

逆变站交流出线保护近区故障方向判别方法

逆变站作为交直流混合电网的核心枢纽，其故障特性相较于传统同步机更加复杂。逆变站交流出线发生故障时，受逆变站故障特性影响，传统基于工频量的保护无法正确动作。通过分析逆变站交流出线两端系统故障特性差异，基于R-L模型时域微分方程算法，提出了一种新型方向元件。当逆变站交流出线发生短路故障时，直流系统侧提供的故障电流和受端交流系统提供的故障电流特性差异极大，通过计算测量电压降落和计算电压降落变化趋势的相关系数，所提方向元件可正确判断故障方向。分析表明，所提出的方向元件适用于逆变站交流出线线路保护，且在逆变站仅有一条出线的情况下仍能正确动作。仿真结果表明，该方向元件具有良好的保护性能，不受雷击、故障类型、逆变站换相失败等因素的影响。     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

暂态录波型故障指示器的单相接地故障研判应用

实际工程应用中,常采用暂态录波型故障指示器与配电自动化主站相配合的方法对配电网单相接地故障进行定位。本文针对现场暂态录波型故障指示器应用效果,对故障指示器安装过程中可能出现的反向、错相问题,提出了基于稳态特征的波形预处理方法,对故障指示器运行过程中可能出现的三相录波不同步问题,提出了总体最小二乘-基于旋转不变技术的信号参数估计(total least square-estimation of signal parameters via rotation invariance techniques,TLS-ESPRIT)波形同步校正方法,修正故障指示器录波波形,提升波形可用性。针对故障指示器采样频率较低、瞬时暂态波形特征误差较大等问题,提出了基于相关系数法的故障定位算法,提升主站单相接地故障定位准确性。最后,通过现场实际案例验证了文中所提方法能有效校正故障指示器录波波形、准确定位接地故障,提升配网接地故障处理能力。     

基于故障类型的零序方向元件

输电线路发生接地故障时，可能因零序电压不满足灵敏度要求，而导致零序方向元件误动或者拒动。针对上述问题，本文通过分析零序电压和故障相电压之间的相位关系，提出了一种新的基于故障类型的方向元件。当零序电压低于门槛值时，依据选相结果，该元件采用保护安装处故障前的故障相电压代替零序电压，进行零序功率方向判别。经现场故障数据验证，该元件正确、可靠，已应用于750kV线路微机保护装置。     

单相任意周期波形系统中功率因数定义的探讨

该文用频域分析的方法在无穷维实向量空间内实现了对电压、电流波形相似性的描述，进而提出了将单相任意周期波形系统中的功率因数表示为有效值相似系数λRMS和相位相似系数λψ的乘积的新定义形式。新定义保证了在任意波形下线性纯电阻的功率因数恒等于1；电容电感的功率因数恒等于0。其他负载的功率因数介于0-1之间。常规功率因数定义只不过是新定义在电压无畸变情况下的一个特例。最后文中分析了常规定义与新定义之间误差产生的原因及误差组成。