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...     

基于平均绝对误差的海上风电经柔直送出系统交流海缆纵联保护

海上风电经柔直送出系统交流海缆线路两侧故障电流均受控,故障特征与传统同步电源有着明显差别,差动保护存在不正确动作风险。针对该问题文中介绍了一种基于平均绝对误差的海上风电经柔直送出系统交流海缆纵联保护。所提保护根据一定时间窗内一侧电流采样值与负的另一侧电流采样值之间计算得到的平均绝对误差值在区内外故障时的差异构成保护判据,并对所提保护的性能进行了分析。利用PSCAD软件仿真验证了所提保护在各种工况下的有效性。仿真结果表明：所提保护在区内外故障时能够正确动作,且在高阻故障时有着良好的性能,面对风机不出力的极端情况下也能正常工作并具备选相功能,性能比差动保护更优越,更适用于海上风电经柔直送出系统交流海缆线路。     

海上风电接入柔直系统交流侧故障特征及对保护的影响分析

柔性直流输电是解决大规模海上风电远距离外送问题的首选方案。然而,柔直送端交流系统发生故障时,线路两侧短路电流均由电力电子换流器提供,系统的故障特征发生了根本性变化,直接导致传统保护性能的下降、甚至不正确动作,影响系统的安全运行。因此,针对永磁风电场经柔直外送的拓扑,分析了柔直送端交流侧故障的特征,并结合交流侧故障穿越控制目标提出了换流器短路电流解析表达方法。理论分析表明,当风电场弱出力时,仅由柔直换流器提供短路电流,且短路电流呈现出幅值受限特性、甚至低于额定电流;当风电场正常出力时,柔直换流器与风电场均提供短路电流,且二者控制目标不同,两侧同相别短路电流必然存在相角差。基于故障特征的研究,对现场常用的保护原理进行了性能分析,获知了线路距离保护、差动保护均会存在性能下降的问题。在PSCAD/EMTDC中建立了风电柔直送出系统的精细化模型,验证了理论分析的正确性,为现场保护配置以及保护新原理的研究提供了理论基础。     

配置高抗站的海上风电长距离海缆送出继电保护分析

目前中国长距离海上风电主要采用高压交流送出方式,并增设中端补偿高压电抗补偿站。为解决配置海上高抗站的海上风电长距离海缆送出相关保护配置问题,选取典型案例,分析继电保护配置方案与动作特性,对海缆范围故障保护可靠性进行研究,分析海上高抗取不同测点电压对电容电流补偿计算的影响,并通过仿真验证线路保护采集海上高抗侧电压计算差动补偿电流的必要性。仿真结果表明：当发生区内线路故障时,与采集高抗侧实际电压相比,取线路侧电压代替高抗电压对保护装置计算的补偿电流具有一定影响。为减少差动补偿电流计算误差,纵联差动保护应采集海上高抗站电压来计算差动补偿电流,再计算经补偿后的差动电流,实现对电容和电抗电流的修正。     

基于边缘检测的大规模风电场送出线路纵联保护算法

由于风电出力的波动及送出线路发生故障时故障电流的频偏特性,风电场送出线路纵联保护灵敏度下降甚至拒动,因此提出了基于边缘检测的风电场送出线路纵联保护算法。通过将风电场送出线路两侧采集到的电流构造为矩阵形式,并使用Sobel算子进行边缘检测,从而确定电流采样值变化大的部分。然后通过所识别到的线路两侧电流采样值变化大的部分计算平均梯度幅值并与整定值相比较,实现区内故障和区外故障的快速识别。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了大规模风电场送出系统模型,验证了所提算法的适用性、速动性及抗过渡电阻能力。与现有送出线路的纵联保护相比,所提方法在风电场弱出力的情况下仍适用,且动作速度更快。     

电流差动保护在柔直接入的交流电网中适应性 分析及改进措施研究

为适应新能源规模化接入电网,柔性直流输电技术应用日益广泛,我国电网已初步成为交直流混联电网。交流系统发生故障时,柔直系统提供短路电流的特征与传统同步发电机相比发生显著变化。首先分析故障特征的变化,柔直侧由于故障电流幅值受限,且负序阻抗无穷大,导致故障电流的幅值和相角与交流侧不同。分析了输电线路电流差动保护由于区内故障时两侧电流夹角增大,导致电流差动保护的动作量减少、制动量增加,导致灵敏度下降甚至拒动。在此基础上,提出了差动保护判据的改进方案：分别利用零序电流、负序电流和正序电流突变量构成辅助判据,提高区内接地故障和相间短路时电流差动保护的灵敏度,从而提高了差动保护在含柔直接入交流电网中动作的可靠性。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性。     

基于特勒根定理的风场送出线路新型纵联保护

双馈风机和永磁直驱风机广泛应用于陆上风电场。受控制策略影响,送出线路故障时风场侧故障特性与同步机电源差异显著,使传统纵联保护性能下降。特勒根定理建立于基尔霍夫电压、电流定律,仅与电路拓扑结构有关,对含线性/非线性、时变/时不变元件的电路均能适用。将特勒根定理应用到陆上风场送出系统,建立了满足定理应用要求的线路故障拓扑结构图。以此为基础,分析了能够区分内、外部故障的特征量,提出了一种基于故障前后线路两端电压电流的新型纵联保护动作判据。利用风场多个故障案例的录波数据和基于PSCAD的仿真数据对所提判据进行验证及对比分析,证明了所提纵联保护方法的优越性和可行性。     

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

基于巴氏距离算法的风电场交直流并网系统送出线纵联保护∗

风电场常见的并网方式有交流并网和柔性直流并网,交流并网送出线和柔性直流并网交流侧送出线发生短路故障时,线路保护都会受到风机故障特征的影响,且在柔性直流送出系统中,电气量还受到换流侧电子元件的非线性调节和谐波的影响,导致传统继电保护在两种送出系统中的动作性能较差.因此,根据送出线发生区内外故障的电 流波形特征,将基于时域量的巴氏距离算法与纵联保护结合,计算两端电流波形相似程度,以此判断线路是否发生故 障,并考虑过渡电阻、噪声干扰、混叠频率、CT饱和等对保护方案的影响.最后,基于MATLAB/Simulink 和 PSCAD/EMTDC平台搭建双馈风机分别经交流送出的系统电磁暂态仿真模型,仿真验证保护方案在双馈风电场送出线上的适应性.结果表明,保护方案在以上因素影响下仍能正确动作,保护的动作性能较好。     

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。     

适用于交流保护整定的MMC-HVDC接入母线故障等效模型

模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电系统接入电网后将对交流系统短路电流产生影响,但目前交流保护整定计算通常忽略MMC-HVDC接入母线故障时模块化多电平换流器对短路电流的贡献。文中以交流保护整定计算为出发点,提出了MMC-HVDC系统简化分析原则。在分析MMC-HVDC系统控制特性的基础上,建立了适用于交流保护整定计算的MMC-HVDC等效模型,提出MMC-HVDC接入母线故障时可以将直流侧等效为一个正序电流源。研究了MMC-HVDC接入母线故障时不同故障点残压下MMC-HVDC直流侧响应特性,确定了等效电流源的幅值和相位,并进行了仿真验证。最后,提出了MMC-HVDC对交流保护整定计算影响的定量评估指标及其计算方法。     

直流断线故障下海上风电经柔性直流送出系统的暂态特性

断线故障为常见的直流故障类型之一,研究该场景下海上风电经柔性直流送出系统的暂态响应特性对于系统的保护方案设计有着重要参考价值.首先,分析了直流母线正极断线故障下短路电流产生机理,推导了非故障极短路电流表达式,并分析了接地阻抗参数对该短路电流特性的影响.其次,研究了故障期间风电场侧与电网侧换流站交直流侧暂态电压演变特性....     

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。     

MMC-HVDC对交流线路电流相位差动保护的影响分析

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)具有高度的可控性,其故障电流特性与传统的同步电源差别较大,可能影响电流相位差动保护的动作性能。推导了故障线路换流站侧和电网侧电流相量的表达式,对故障电流特性进行了深入分析;在此基础上,推导得了到单相接地故障和相间短路故障条件下故障线路两侧电流相角差的解析表达式;分析了故障类型、电压不平衡度、功率参考值等因素对故障线路电流相角差的影响,进而指出MMC-HVDC对电流相位差动保护动作性能的影响机理。在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

西北电网330kV尖樊线人工短路试验中接地距离保护适应性分析

以风电为代表的新能源场站的故障特征对传统距离保护的附加阻抗产生了新的影响,导致保护性能降低。而现有距离保护适应性研究缺乏对单相接地故障场景的分析。为此,结合西北电网于尖樊线进行的2次人工短路试验数据,基于多种控制策略下的风电场故障特征,分析单相接地故障下接地距离保护附加阻抗系数,进而判断保护适应性。研究发现网侧保护附加阻抗系数较小,两侧电源故障电流对保护影响较小;而风电场侧保护附加阻抗系数较大,两侧电源故障电流对保护影响较大,导致保护拒动。     

长距离直流电缆对柔性直流系统故障影响分析

远距离海上风电越来越多地选择柔性直流经海缆送出的方式。采用电缆的柔性直流(voltage source con ver ter based high voltage direct current, VSC-HVDC)输电系统,其故障特性比传统架空线直流输电系统更加复杂。文中基于对称单极拓扑的双端VSC-HVDC海上风电送出工程,简化了电缆和VSC-HVDC输电系统的数学模型,分析换流变阀侧交流系统单相接地和直流电缆线路单极接地等典型故障下的故障特性,运用叠加原理对故障机理进行解释;根据不同故障类型的故障源等效出不同的故障回路,得到了长距离电缆显著的电容效应对VSC-HVDC系统故障特征的复杂影响;利用实时数字仿真平台,搭建远海风电送出系统硬件在环仿真模型,验证了故障机理解析分析的正确性。