超高压输电线单端暂态量保护的新原理探讨

通过对输电线路故障暂态电流的理论分析 ,发现区内、外故障时暂态电流由于线路阻波器、结合设备以及杂散电容的影响有所不同 ,主要表现在两个方面 ,一是每个突变点 (行波到达时刻 )的波形变化的陡变不同 ,二是在一个时间段内包含的高频分量不同。利用小波变换提取和放大两者的差异可以构成输电线路的保护判据。仿真结果表明 ,利用小波变换提出的保护算法足以放大和提取这种差异而构成正确的保护判据。     

行波保护中雷电干扰问题的对策

雷害是行波保护的主要干扰之一，线路遭受雷击但没有造成故障时行波保护可能会误动作。为此，该文在对雷电波的特点和雷击线路产生的后果进行详细分析的基础上，利用线路遭受雷击前后电流波形的特点提出了基于小波变换的雷击判据，该判据既可以直接利用电流全量实现，也可以利用故障电流分量实现。文中同时给出了利用小波变换提取判据中各电气量的计算方法。分析和仿真结果显示，雷击判据可以对雷击是否造成线路故障做出正确判断，并且不会影响其它线路故障的判别。因此雷击判据的应用将使行波保护的可靠性有较大提高。     

智能电网继电保护研究的进展(一)——故障甄别新原理

利用故障暂态分量在区内故障时线路两侧功率方向相同、暂态能量大的特点,通过小波变换提取这些特征,实现超高压交流线路超高速保护、超高压母线超高速保护;利用直流输电线路端部的直流滤波器和平波电抗器对高频分量形成的阻抗边界,区内短路时高频分量远大于区外短路,使用高频能量在单端实现超高压直流线路全线超高速保护;利用中性点非直接接地系统单相接地时其暂态零序分量是工频分量几十倍并且不被补偿减小的特点,提取零序电流的高频分量,采用方向比较和幅值比较,实现了单相接地故障选线装置。给出了试验装置可以超高速(5ms内)判别故障性质的试验结果,展现了新的故障甄别原理可以满足智能电网中特高压系统对超高速切除故障的美好前景。     

基于故障暂态电流的无通信保护研究

对故障电流信号噪声的频谱特性进行仿真研究表明，窄频带的高频信号不易很好的表故障高频暂态分量的特征，利用多分辨分析和小分解快速算法对故障暂态电流进行分析，可以充分反映故障暂态电流不同频率成分的特点，以此构成的暂态电流保护递推新判据，可以准确区分区内，区外故障。EMTP仿真证明了新方案的有效性。     

±800kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护

高压直流(high voltage direct current,HVDC)输电线路两端的平波电抗器和直流滤波器构成现实的边界元件,对暂态电压高频分量呈带阻传变特性,来自直流线路区外的高频电压信号通过平波电抗器和直流滤波器后被衰减,其能量显著减小,不同频带的高频电压信号小波能量可应用小波变换求得。利用区内、外故障时于保护安装处获得的暂态电压小波能量的显著差异来构造直流输电线路区内、外故障判据;利用故障暂态电压小波变换模极大值,构造启动判据;利用正极和负极暂态电压分别与+800和-800kV的相关系数,构造雷击干扰识别判据;利用两极线极波,构造故障选极判据。给出了特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)输电线路单端电气量暂态保护方案。对该保护进行了大量仿真分析,计及了雷击干扰、边界上避雷器动作、不同过渡电阻、换相失败故障等因素的影响。仿真结果表明,该保护具有绝对选择性,能可靠有效地保护直流线路全长。     

基于希尔伯特-黄变换的高压直流线路行波保护

为了提高直流输电线路保护的动作可靠性和准确性,采用希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换分析了故障下行波波形,结合直流线路低电压等综合判据构成了一种直流输电行波保护新方案。该保护能利用对信号的经验模态分解更准确地提取故障行波特征,然后通过求行波信号高频固有模态函数分量的瞬时频谱分析提取故障特征、形成故障判据。该保护原理不但具有传统行波保护的所有优点,还具有抗干扰能力,可以用于捕捉直流输电线路故障时的行波头到达时间,对于直流输电故障定位具有一定实用价值。实际故障录波及仿真验证表明,该保护可以保证区内高阻接地正确动作.且在逆变侧交流短路故障或换相失败时不误动。     

基于暂态量和小波包的配电网故障选线方法

分析了配电网单相接地时的故障特征,对现有基于稳态量与暂态量的故障选线方法进行分析比较,指出故障暂态电流幅值比稳态对地电容电流大得多,而且几乎不受消弧线圈影响,因此,利用暂态电流进行选线可以克服稳态选线方法灵敏度低、易受消弧线圈影响的缺点。为了精确提取故障时的暂态信号用于选线,发挥小波包能进行时频联合分析的优势,对发生接地故障时各线路的暂态零序电流进行小波包分解,提取出各频带信号分量的小波包系数。其中,电流采样值直接用于形成故障选线的第1判据,多个高频分量的小波包系数则形成综合判据以提高选线准确性。该方法能适应小电流接地系统中的不同故障模式,选线准确性高。仿真验证了该方法的有效性。     

水轮发电机定子接地的行波电流差动保护与故障选相

针对行波在水轮发电机定子绕组槽部和端部的传播特征,建立其分布参数的波动电路模型,提出将定子故障接地初瞬行波电流零模部分的高频分量作为故障判据进行行波差动保护,并通过接地时的电流模量特征实现故障选相。应用凯伦贝尔(Karebauer)变换对定子接地的行波信息进行模量分析,应用小波理论对零模高频部分进行提取。在Matlab 6.5中针对大型水轮发电机的参数建立定子绕组波动模型,叠加等效直流电源对其接地进行仿真,小波分解提取出的特征信号表明了将零模高频部分作为动作判据的可行性,仿真数据同时验证了故障选相原理的正确性与可行性。     

雷击与短路故障的分形–时域差分识别方法

针对雷电波中高频分量是造成行波保护误动作重要原因的问题,通过对轻型直击雷、重型直击雷和短路故障进行暂态分析,提出辨识雷击与短路故障暂态特征的分形-时域差分判据。利用分形理论提取初始行波电流的特征维数,快速识别雷击故障,再根据波头部分的形态特征差异采用时域差分法进一步细化和辨识轻型直击雷和线路故障,并从母线端测得的电流行波线模量来实现判据,在较短的时窗内迅速准确地辨识雷击和短路故障。仿真结果验证了判据的有效性与可靠性。     

利用同步挤压小波变换的高压交直流混联系统交流线路暂态方向保护

大型交直流电网混联深度不断增大而呈现出的复杂故障特性,对故障识别与清除的快速性提出了更高要求。依据混联系统交流侧线路的故障暂态特征,该文提出一种暂态方向保护方法,比较正、反向电流暂态分量中的高频能量构成故障方向识别的判据。其中电流暂态分量的提取及其高频能量的表征经由新颖的同步挤压小波变换完成。在实际交直流混联系统参数建立的EMTDC仿真模型上进行大量测试,并且与传统连续小波变换相比较,结果显示所提暂态方向保护在不同故障初始相位角、故障类型、故障距离、故障过渡电阻以及不同线路长度下是可靠的,且灵敏度高,时间窗短,动作超高速。     

基于协同型复合判据的多端直流环网边界保护原理

利用直流线路两侧加装的限流电抗器对故障高频分量的阻断特性构造边界保护判据,是多端直流电网实现有选择性故障切除的可行技术路线之一。然而,限流电抗器的选型并不以适配保护的灵敏性为依据,导致现有基于最高特征频带的边界保护原理存在着兼顾选择性及灵敏性的矛盾。为解决上述问题,文中研究借助小波包变换将故障暂态量分解为若干频带,并以保护的安全性、灵敏性为双重约束对频带进行了综合考察及预选;在此基础上,利用D-S证据理论将预选频带的多重信息进行融合,最终得到兼顾低特征频带的高抗扰性以及高特征频带的高灵敏性的复合判据。仿真结果表明,所提出判据能够更灵活地区分区内高阻故障及伴随噪声的区外故障。在大样本随机故障场景下,所提判据比传统保护方案具有更高的动作正确率。     

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。     

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。     

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。     

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。     

T接电路暂态保护分析

由于T接线路与二端口线路相比,具有良好的经济性与环保优势,因而在超高压输电系统中将会有非常广泛的应用。然而使用传统的保护方法,很难对其进行有效的保护。将基于故障暂态电流的单端量无通信保护用于T接线路,并且根据故障暂态电流的特点,利用Daubechies小波计算暂态保护判据。通过在不同的故障位置、不同的过渡电阻、不同的故障时间以及各种故障类型的情况下,对实际T接线路进行的详细仿真,证明了暂态保护应用于T接线路的可行性。     

配电网单相接地保护的研究

为快速识别配电网单相接地故障,断开故障线路并发出故障跳闸信号,仿真分析了配电网单相接地故障时故障线路和正常线路的暂态零序功率的特点,应用小波包精细分析配电网单相接地故障后的暂态零序功率,提取反映故障线路的暂态零序功率特征频带和信号窗长度;以零序电压作为单相接地保护的启动条件,以线路在特征频带和固定时间窗口的暂态零序能量为保护动作判据,构成配电网单相接地的反时限保护。仿真分析表明该单相接地保护动作原理不受短路时刻、接地电弧电阻、线路长度等因素的影响,满足继电保护"四性"要求。     

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。     

A novel algorithm for discrimination between inrush current and internal faults in power transformer differential protection based on discrete wavelet transform

This paper proposes a novel methodology for transformer differential protection, based on wave shape recognition of the discriminating criterion extracted of the instantaneous differential currents. Discrete wavelet transform has been applied to the differential currents due to internal fault and inrush currents. The diagnosis criterion is based on median absolute deviation (MAD) of wavelet coefficients over a specified frequency band. The proposed algorithm is examined using various simulated inrush and internal fault current cases on a power transformer that has been modeled using electromagnetic transients program EMTDC software. Results of evaluation study show that, proposed wavelet based differential protection scheme can discriminate internal faults from inrush currents.     

超高压输电线路新单端暂态量保护元件的实用算法

在线路边界频率特性的分析基础上，深入地分析了区内外故障时的特征差异：就某一类故障而言，区外故障时反行波中(阻塞频带内的)高频分量与(1~10kHz内的)低频分量的比值显著小于区内故障时的比值。据此提出利用反行波构造新型的单端暂态量保护原理，即反行波法边界元件，并形成基于小波变换的实用算法。大量ATP仿真表明，该边界元件的算法可行，动作超高速，且性能优于利用电流波的单端暂态量保护方案。文中还指出：对于实际的输电系统，现有的单端暂态量保护方案都难以保护线路全长，因此该方法可以作为全线速动保护的一种超高速保护元件。