基于模型参数辨识的串联补偿输电线路纵联保护原理

串联电容补偿设备的应用降低了超高压输电线路中差动保护的灵敏度,为解决此问题提出了一种基于模型参数辨识的纵联保护原理。以串补等值阻抗作为辨识参数,引入串补工频阻抗等值模型并结合线路分布参数模型,采用线路两侧电压和电流作为测量量构建了串补等值阻抗辨识方程。辨识阻抗在区外故障时等于串补等值阻抗,在区内故障时与串补等值阻抗有明显差异,基于此构成纵联保护判据。理论分析与仿真结果表明,该保护原理整定简单,可靠性高,受串补本体保护和系统运行方式的影响小,不受分布电容电流的影响。与传统差动保护相比,其保护灵敏度显著提高,可与差动保护配合构成完善的纵联保护方案。     

串联电容补偿线路接地故障的行波测距新方法

串补电容破坏了线路阻抗分布的均匀性,且过电压保护元件MOV(metal oxide varistor)为非线性元件,所以传统的故障测距算法不适用于串补线路。该文首先分析了串补线路上行波差动电流的不平衡输出,然后定义了适用于串补线路的行波差动电流。对于新定义的行波差动电流,串补线路内部故障时,地模和线模的行波差动电流不同,其相角差与故障点位置相关,据此提出了基于行波差动电流的接地故障测距原理。该原理不受过渡电阻、系统运行方式、MOV导通与否和串补装置运行状态的影响,PSCAD仿真结果表明,测距准确可靠。     

串联补偿对差动保护的影响分析

根据冀北地区万顺500 k V特高压输电线路建立模型,分析串联补偿线路出现"电流反向"问题的根本原因和可能性。结合万顺具体算例,研究串补线路中差动比例系数K值在不同故障点、串补度、经高阻接地和MOV是否被击穿等情况下的变化趋势。代入现状运行方式下的具体参数,通过RTDS对模型进行数字模拟实验,深入探讨单双回串补线路运行状况下串联补偿对零序差动和分相差动保护动作特性的影响,得出过渡电阻、故障点、系统参数以及负荷变化等情况的差动保护动作结论,并给出万顺串联补偿线路保护装置的合理改进建议。     

基于参数识别的纵联保护在交直流混联电网中的应用研究

为分析线路差动保护对交直流混联电网的适应性,利用RTDS试验数据仿真了在直流系统换相失败、交流线路区外故障以及区内高阻接地故障时线路差动保护的动作特性,结果显示线路差动保护在上述情况下存在可靠性不高或灵敏度下降的问题。差动电流频谱分析表明,流过线路并联电抗器的非周期分量和低频分量是造成保护动作性能降低的原因。为此,采用参数识别的思想提出了一种基于并联电抗器的纵联保护原理,将内部和外部故障的模型统一简化为电感模型,通过比较模型中电感参数的符号和幅值来区分内部和外部故障。RTDS试验数据表明,该方法能可靠区分内部和外部故障,有效克服了电流中非周期分量和低频分量的影响,证明了新原理的正确性和有效性。     

多串补线路保护动作性能分析

从理论上分析了多串补线路故障后的电气量特征,随着故障点的变化,线路多处会发生电流反相和电压反相,故障后电气量中存在多个低频暂态分量。研究了线路保护(电流差动保护和距离保护)的动作性能,提出了串补线路保护配置方案,并给出2点改进建议:一是采用保持记忆电压作为距离保护的极化电压,防止电压反相造成距离保护误动作;二是通过比较故障电流和记忆电压的相位来识别电流反相,当故障后电流相位超前记忆电压,判断为电流反相,闭锁电流差动保护。利用RTDS系统搭建了1 000 kV输电线路模型并进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致。     

一起串联补偿线路跳闸故障的分析

针对某超高压500 kV串补输电线路因选区偏转而引起的三相跳闸事故,探讨了故障时串补保护和线路保护的动作行为。搭建与实际一致的仿真模型,代入现状运行方式下的具体参数,通过RTDS对模型进行数字模拟实验,分析发现,其保护动作行为符合设计原理和录波数据,当系统仅发生单相经过渡电阻故障,且串补仅B相MOV暂态导通时,选区确实会发生偏转,造成2套线路保护选相不一致,扩大事故范围。结合实例,深入研究串补是否投入情况下单、双回运行线路的单相接地故障,得出零、负序电流选区出现误选的条件,并给出可行的解决方案。     

特高压串补线路断路器短路电流过零延迟特性及对策

特高压线路加装串补使得线路发生故障时流经断路器的短路电流特性与无串补线路相比存在差别。受故障工况及串补布置方式、过电压保护措施等因素影响,特高压串补线路回数为双回及以上时,一回线故障时流经断路器的短路电流可能存在过零延迟,与无串补或单回串补线路相比更加突出,对断路器开断不利,需要加以抑制。该文仿真研究特高压串补线路断路器短路电流的过零延迟特性,并结合串补金属氧化物限压器(metal oxide varistors,MOV)、放电间隙的动作状态,采用时、频域解析方法,建立串补装置的等效模型,探讨串补线路短路电流过零延迟的产生机理,研究分析典型影响因素,并提出对策建议。研究成果为特高压串补的规划设计、断路器设备选型提供一定参考。     

高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响(二)直流换相失败瞬态特征分析及对交流线路保护的影响

在PSCAD环境下,基于已建成的山东电网电磁暂态模型,分析了由交流线路不同位置发生不同类型的短路故障引起的换相失败对交流系统电气瞬态特征的影响;并结合山东电网线路实际保护配置情况,使用Fortran语言编程建立了三种线路保护的模型:RCS901(突变量纵联方向保护)、PSL602(纵联距离保护)及RCS931(纵联差动保护),研究宁东直流工程投运后对青岛换流站附近交流线路保护的影响.仿真结果表明,换相失败使故障线路的平行线路的电流发生严重畸变,且在线路中间发生单相接地短路故障时畸变最严重;且线路上的突变量纵联方向保护动作特性所受影响最大,纵联距离保护和纵联差动保护动作特性基本不受影响.     

实用的半波长输电线路纵联差动保护

半波长输电线路电气特征的时空特性导致传统基于集中参数的纵联差动保护无法应用于半波长输电线路。为此,提出了一种实用的基于波动方程的半波长输电线路纵联差动保护。通过特殊的同步点数据选择,提升了动作速度,构建制动电流,提升区外故障安全性,并通过设置2段相电流差保护和零序电流差动保护,提升了保护灵敏度。开发了基于该原理的纵联差动保护装置,并搭建了基于实时数字仿真系统的特高压半波长输电线路仿真模型。仿真结果表明,通过同步点数据选择能提升保护速动性,设置的制动电流能提高区外故障安全性,设置的2段差动保护和零序差动保护能提升保护灵敏性。     

500kV上承双回线路保护与串补保护相互影响分析

基于串联电容补偿装置在电力系统中应用的研究,结合华北电网上承双回线路加装串补工程,介绍了串补本体保护及线路保护的实际情况。从各种保护原理出发,针对线路保护中的工频变化量保护、距离保护、纵联保护及电流差动保护等不同类型保护,分析了上承双回线路串补保护与线路继电保护的相互影响,阐述了串补保护与线路保护的配合情况。研究结果表明,纵联电流差动保护受串补影响最小,优于其他原理的保护。     

逆变电源T接电网后对纵差保护的影响及准入容量分析

当光伏电站、风机等逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)T接入高压配电线路后,对纵联差动保护的可靠性与选择性带来了影响,保护范围内经过渡电阻发生短路故障时,易发生拒动现象。针对此问题,根据IIDG的故障特性,推导了T接IIDG后双端电源系统经过渡电阻发生不对称短路故障时的复合序网,进而推导了纵联差动保护中差动电流的计算公式。然后利用Matlab仿真软件重点分析了IIDG并网位置固定时,故障位置、故障类型、过渡电阻、IIDG容量以及两侧系统等值电势相角差对差动电流的影响,并在此基础上提出纵联差动保护影响下IIDG准入容量的计算方法。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台,对提出的IIDG准入容量计算方法的正确性进行了仿真验证。     

大串补线路电流差动保护拒动因素及改进保护方法

大串联补偿设备在超高压输电系统中得到越来越广泛的应用,伴随着复杂多系统的互联,含大串联补偿设备的线路(简称串补线路)在特定运行方式下出现线路背侧系统阻抗较小,可能导致线路内部故障时系统电流反向,此时串补线路电流差动保护可能会因灵敏度不足而拒动。基于此,详细分析了串补线路电流反向的原因及其对差动保护的影响。重点对不同串补度、系统功角差和过渡电阻等影响因素下的差动保护的动作特性进行研究。进一步地,为解决差动保护拒动问题,提出一种基于串补线路两侧电流幅相综合制动的电流差动保护改进判据,该判据能够有效解决串补线路内部故障时灵敏度降低的问题。仿真结果显示,相比传统差动保护,改进方案能够明显提高保护灵敏度。     

一种基于虚拟电流制动量的电流差动保护

为了减小负荷电流增加制动量对电流差动保护灵敏度的影响,提出了一种基于虚拟电流制动量的电流差动保护。首先比较线路两侧电流大小,利用两侧电流幅值比与相位关系构造虚拟电流,虚拟电流可以根据线路两侧电流幅值关系自适应调整制动量大小。与利用线路两侧电流相位差的制动量相比:区内故障时,虚拟电流制动量小于电流相位差制动量,提高了电流差动保护灵敏度;区外故障时,虚拟电流制动量等于电流相位差制动量,电流差动保护的可靠性不降低。同时分析了弱馈线路、串补线路电流反相两种情况下虚拟制动电流的适应性。利用RTDS建立仿真模型验证保护的动作性能。仿真结果表明,虚拟电流制动量可以有效提高电流差动保护的灵敏度和可靠性,同时具有良好的适应性。     

基于电流突变量的采样值差动保护研究

电流纵联差动保护作为线路、变压器、母线等设备的主保护,保护动作的快速准确至关重要,与传统向量差动保护相比,采样值差动保护快速性有了很大提升。本文引入突变量电流算法,结合采样值差动保护的优点,构造了电流突变量采样值差动保护判据,并分析了R/S取值。最后应用MATLAB,以线路末端发生两相短路为例,对三种差动保护作区内故障仿真,并对仿真结果作了分析。     

砚山500 kV固定串补控制保护装置RTDS动态性能试验与系统短路试验研究

介绍了砚山500 kV固定串补的一次设备结构及其控制保护系统,对文山-大新交流输电系统进行了RTDS建模,并搭建了基于RTDS和控制保护系统屏柜的闭环仿真试验环境。按照试验方案进行了基于上述仿真环境的串补控制保护功能的动态性能试验,通过仿真的故障录波证实了控制保护功能的正确性。按照设计的系统短路试验方案在串补投运前进行了单相瞬时短路试验,通过将系统单相瞬时短路试验结果与RTDS仿真试验结果进行对比,不但考核了砚山串补设备及其控制保护功能的正确性,也证明了RTDS试验结果的可靠性。同时也为串补RTDS仿真试验和系统短路试验提供有益的参考。     

砚山500 kV固定串补控制保护装置RTDS动态性能试验与系统短路试验研究

介绍了砚山500 kV固定串补的一次设备结构及其控制保护系统,对文山-大新交流输电系统进行了RTDS建模,并搭建了基于RTDS和控制保护系统屏柜的闭环仿真试验环境.按照试验方案进行了基于上述仿真环境的串补控制保护功能的动态性能试验,通过仿真的故障录波证实了控制保护功能的正确性.按照设计的系统短路试验方案在串补投运前进行了单相瞬时短路试验,通过将系统单相瞬时短路试验结果与RTDS仿真试验结果进行对比,不但考核了砚山串补设备及其控制保护功能的正确性,也证明了RTDS试验结果的可靠性.同时也为串补RTDS仿真试验和系统短路试验提供有益的参考.     

基于多方向元件的串补线路协同保护新方法

串补线路故障特征的复杂性加大了保护装置可靠动作的难度,为提高串补系统保护可靠性,提出一种多方向元件相互配合的串补线路方向保护方案。该方案利用负序电流值及故障前后的测量电流相位差判断故障类型,针对不对称短路、三相短路及负荷变动分别采用负序、工频方向及突变量电压电流相角差判断保护装置是否动作。PSCAD仿真表明,在系统发生电压反向、电流反向、经过渡电阻接地以及负荷变化等情况下该保护方案均可准确判断故障位置,从而使保护装置正确跳闸。同时,该方案不受MOV不同导通状态的影响,具有较好的保护性能。     

基于小波变换的TCSC输电线路保护新方法的研究

提出了基于B样条半正交小波的晶闸管控制的串联电容补偿(TCSC)输电线路保护新方法,该方法利用小波变换对TCSC输电线路两侧的电流信号进行分解,得到突变点的模极大值乘积符号,从而准确地区分内部故障和外部故障。利用实时数字仿真器(RTDS)对MOV正常工作及失效时的不同内外部故障类型进行了仿真。仿真结果表明,该方法简单可靠,且不受TCSC串补装置的影响。     

基于RVM和阻抗法对串联电容补偿输电线路的故障定位

在串补输电线路(SCCTL)中通常采用金属氧化物变阻器(Metal-Oxide Varistor,MOV)对串补装置中的电容做主保护,而MOV具有典型的非线性特征,给串补输电线路的故障定位带来难题。基于此,提出一种新的接地故障定位方法,首先对接地故障进行分类识别,再针对不同故障类型用阻抗法进行故障定位,将SCCTL相对于串补装置分为两个区域,并对应采用两个子算法对故障进行定位,无需附加程序对子算法的计算结果进行伪根判别。该阻抗法不依赖串补装置的模型,不受MOV非线性特征的影响。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立一500kV的串补输电线路模型,用MATLAB实现故障定位算法,仿真结果验证了此方法具有较高的定位精度。     

适用于含串补设备的输电线路电流差动保护新判据

串联电容补偿(即串补)设备应用到高压输电系统时增加了电流差动保护误动/拒动的可能性。针对于此,梳理了传统电流差动保护原理、构成及传统制动特性的不足之处。分析了串补设备对传统电流差动保护的影响,并提出了一种基于幅相特性的保护判据。该判据利用串补输电线路两端电流(或故障分量电流)的相角差及最小幅值比构成电流幅相平面,通过对四个故障区域电流幅值及相位的分析,制定电流差动保护的电流构成。进一步形成电流差动保护判据。仿真考虑了串补设备、过渡电阻、电容电流等对保护动作的影响,仿真结果验证了保护的有效性。