电流差动保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性分析

新能源电源通过电力电子装置并网,其故障特性受控制策略影响而发生根本性变化,传统继电保护原理存在适应性问题。送出线路作为新能源场站电力外送的关键通道,其主保护电流差动保护能否正确动作对于新能源高效利用和系统安全运行十分重要。针对逆变型新能源场站,推导了逆变型新能源电源短路电流表达式,分析了各相短路电流之间的相位关系及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生不对称短路时电流差动保护在并网系统为强、弱两种情形下的动作性能。研究结果表明,送出线路发生两相短路时,差动保护在并网系统为弱系统时存在拒动的风险、为强系统时灵敏性下降但不会拒动;送出线路发生接地故障时,零序电流的存在使得差动保护在并网系统为强、弱系统时均能可靠灵敏动作。实时数字仿真器(RTDS)试验验证了理论分析。研究结论为逆变型新能源场站送出线路主保护配置提供了参考。     

逆变型电源对距离保护的影响机理分析

新能源电源接入使得电网故障特征发生根本性改变,传统继电保护应用于新能源接入系统时存在适应性问题。针对工频量距离保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性问题,推导了典型低穿控制策略下逆变型电源短路电流表达式,分析了短路电流幅值和相角特性及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生各类短路故障时两侧工频量距离保护在不同阻抗继电器接线方式下的动作性能。研究结果表明,逆变型电源短路电流幅值受限和相角受控使得场站侧工频量距离保护容易出现不正确动作、系统侧工频量距离保护能更加可靠地动作,该结论不受阻抗继电器接线方式影响。基于RTDS的仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于矩阵突变特征的风电经柔直送出交流线路保护EI北大核心CSCD

新能源经柔直送出系统中,新能源电源到柔直整流侧换流器之间的输电线路较为特殊,故障后两侧短路电流均受电力电子设备的控制策略影响,导致传统的差动保护在双侧电流受控的场景下出现灵敏度降低,甚至存在拒动作的风险。因此,该文提出基于矩阵突变特征的交流线路保护新原理。首先,利用Toeplitz矩阵变换能快速放大突变信号占比的特性,将所测得的电流信号构造成Toeplitz矩阵形式。然后,利用矩阵梯度可以精准表征数据突变程度的优势构建保护判据,以实现故障的高速可靠判别,从而解决传统保护因故障电流幅值、相角受控导致的灵敏性降低以及不正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建风电场经柔直送出系统的电磁暂态模型,验证所提保护方法的动作性能。结果表明,所提保护能够短时间内识别区内外不同种类故障,故障识别时间小于5ms,且有最高耐受100Ω的过渡电阻的动作性能,能较好地满足风电场经柔直送出系统对保护灵敏性与可靠性的需求,具有较好的抗过渡电阻和噪声的能力。     

基于数字孪生的柔性直流电网纵联保护原理

随着柔性直流输电技术的发展,直流电网越来越受到关注。但是,直流电网故障电流上升速度快,与电力电子的弱过流能力形成突出矛盾。直流线路保护需在数毫秒级完成故障判别,同时还需兼顾选择性、可靠性、灵敏性,极具挑战性。该文提出了基于数字孪生的柔性直流输电系统纵联保护原理,在考虑直流线路参数频变的基础上,建立精确的直流线路数字孪生模型,利用状态估计的冗余特征提升了保护的可靠性,通过比较测量值与估计值之间的差异判别故障。仿真表明,所提保护方法可快速可靠地判别区内、外故障,并具有较好的耐受过渡电阻和抗干扰的能力。     

基于电流衰减因子的含DFIG配电线路保护方案

双馈感应风力发电机高渗透地分散并入配电网,呈现出与传统电源不同的电磁暂态特性,使得配电线路常规保护难以适应。该文首先推导双馈风机暂态电流表达式,据此分析配电线路区内、外故障时线路两端短路电流在衰减方面的特征差异。提出基于电流衰减因子的含双馈风机配电线路保护新原理,并通过Prony算法构造线路保护实用判据。以某10kV地方电网分散接入双馈风电示范性工程为原型,构建PSCAD仿真模型。大量测试结果表明:所提线路保护方法在不同故障类型、故障位置、风机容量等条件下能可靠地判别被保护线路的区内外故障,且灵敏度较高。     

考虑风电机组故障电压穿越特性的连锁故障关键线路辨识

新能源的接入提高了电网连锁故障发生的概率,给故障传播中关键线路的辨识增加了难度。为此,建立了考虑风电机组故障电压穿越特性和线路可靠性的连锁故障仿真模型,从线路失负荷严重程度、失负荷不均匀性和结构脆弱性3个角度建立了线路综合风险指标评价集。基于状态故障网络计及线路失负荷程度和线路失负荷不均匀性,分别定义了失负荷风险指标和不均匀风险指标;基于电气介数提出了考虑分布式新能源接入的脆弱结构指标;同时,考虑电网的网络结构和状态转移特性,采用模糊熵权法定义综合风险指标,以衡量线路开断的综合影响。通过IEEE 39节点和IEEE 118节点系统算例验证所提方法用于关键线路辨识的有效性,且针对关键线路的缓解措施能显著降低大停电风险。     

基于结构相似度与平方误差的新能源场站送出线路纵联保护综合判据EI北大核心CSCD

电力电子装置在新能源电力系统中的广泛应用,改变了传统电力系统的故障特性,使得传统保护动作性能下降、甚至存在误动和拒动风险,从而给电网的安全稳定运行带来挑战。在分析新能源送出线路两侧故障波形差异的基础上,提出了基于结构相似度与平方误差的纵联保护综合判据。该方法首先利用小波变换实时提取两侧电流中各频段的信息,通过结构相似度与平方误差综合判据识别区内、外故障。将所提综合判据固化在保护装置中,通过硬件在环动模仿真实验验证了所提原理的有效性:所提方法可解决新能源接入后差动保护动作性能下降问题,适应不同类型新能源场站,具有耐受过度电阻能力,与现有基于新能源暂态电流特征的保护相比,在新能源电源弱出力以及重合于永久性故障时动作性能更好。现场录波数据也验证了所提方法的有效性。     

基于结构相似度与平方误差的新能源场站送出线路纵联保护综合判据

电力电子装置在新能源电力系统中的广泛应用,改变了传统电力系统的故障特性,使得传统保护动作性能下降、甚至存在误动和拒动风险,从而给电网的安全稳定运行带来挑战。在分析新能源送出线路两侧故障波形差异的基础上,提出了基于结构相似度与平方误差的纵联保护综合判据。该方法首先利用小波变换实时提取两侧电流中各频段的信息,通过结构相似度与平方误差综合判据识别区内、外故障。将所提综合判据固化在保护装置中,通过硬件在环动模仿真实验验证了所提原理的有效性:所提方法可解决新能源接入后差动保护动作性能下降问题,适应不同类型新能源场站,具有耐受过度电阻能力,与现有基于新能源暂态电流特征的保护相比,在新能源电源弱出力以及重合于永久性故障时动作性能更好。现场录波数据也验证了所提方法的有效性。     

基于概率神经网络的广域后备保护故障判别研究

广域后备保护采集各节点相关信息,以判别电网某区域的故障元件。利用PNN的良好分类和容错能力,提出了基于PNN的广域后备保护故障判别新方法。以线路故障方向元件、线路距离Ⅱ段测量元件、主保护动作状态为PNN网络输入,利用确定故障下的状态信息矩阵作为训练样本,训练PNN网络;再用随机故障时的元件状态信息向量作为测试样本,通过大量仿真实验,模拟了多种信息不准确情况下的故障判别结果。实验证明基于PNN网络的广域后备保护故障判别,具有很好的容错性和正判能力。     

计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路接地故障时域距离保护研究

新能源电源故障电流呈现弱馈性、强受控性并具有大量的间谐波,导致现有工频量距离保护可靠性下降,而时域距离保护主要根据方程求解故障距离,受新能源短路电流特性影响较小。针对新能源送出线路较长时,线路分布电容对零序电流相位的影响不可忽略,进而导致故障距离的计算产生较大偏差的问题,提出了一种计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路时域距离保护改进方案。首先,计及故障点两侧零序电流相位差的影响,将过渡电阻等效为过渡阻抗。然后,通过列写故障回路方程并求解故障距离,形成保护判据。最后,基于PSCAD/EMTDC大量仿真实验,验证了所提时域距离保护方案计算故障距离的误差较小,可以较好地适用于新能源经中长距离交流线路送出的场景。     

配电网中分布式电源的选址定容和电流保护策略

反时限过电流保护常用于配电网的线路保护,而不同容量的分布式电源接入配电网的不同馈线不同区段时,会对原有配电网的继电保护及安全运行产生很大的影响。文中分析了逆变型分布式电源对传统反时限过电流保护的配合特性和动作行为的影响,给出了基于反时限过电流保护的选址定容方法并指出其局限性。在此基础上,研究了故障限流器在电网故障时呈现的高阻抗特性,提出了一种基于故障限流器的含分布式电源的配电网保护策略,并结合福建省湄洲岛储能电站实例,建立PSCAD仿真模型,进行计算验证。仿真结果表明,所述方法能够有效降低逆变型分布式电源对反时限过电流保护的影响,使配电网线路的保护具有良好的协调性,保证配电网的稳定运行。     

单电源供电时重合闸及继电保护方式调整

目前,220 k V变电站采用两条电源联络线路进行供电。当其中一条电源联络线停电时,另一条电源联络线就变为直配线路,同时变电站供电方式变为单电源供电。此运行方式下,如果不相应地改变直配线路的继电保护及重合闸方式,当线路发生瞬时性故障时可能发生重合闸不动作,降低了供电可靠性;当线路发生永久性故障时可能导致保护不动作,影响电网安全稳定运行。     

分布式新能源并网变电站备自投及保护方式改进

针对分布式新能源并网后,传统变电站备自投及保护方式存在导致分布式电源带负荷孤岛运行及非同期合闸等安全隐患问题。以110kV印塘变电站接入生物质发电电源凯迪电厂为例,通过提出利用变电站现有线路保护和备自投联动分布式新能源并网线路的方法,以适应分布式新能源并网变电站安全稳定运行要求。     

一种超高压输电线路暂态电压保护算法的研究

提出了一种基于单端电压暂态信号小波变换的超高压输电线路单端量保护算法。通过检测单端电压暂态信号小波变换模极大值,运用最小二乘法对电压暂态信号的李氏指数进行估计,从而可以区分故障线路和非故障线路。仿真表明,故障线路和非故障线路的暂态电压李氏指数有明显区别,在各种情况下该保护算法都能可靠、准确的判别。     

多端直流线路保护研究

多端直流具有直流互联、多电源供电和多落点受电等优势,成为直流输电技术的发展方向。控制保护技术作为制约多端直流发展的重要因素受到广泛关注。基于多端直流系统常用的并联接线形式,对双端直流线路保护原理在多端直流线路保护的适用性进行了分析。并根据多端直流线路的拓扑结构特点,利用故障行波波头到达各站的时间差异,能反映出故障点的位置信息,提出一种线路保护的故障支路判别方法。该判别方法,无需线路连接点的各支路电流,有助于故障快速隔离和系统恢复运行。     

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。     

基于余弦相似度的新能源场站T接型送出线路纵联保护

新能源场站T接型线路保护受新能源电源短路电流幅值受限、畸变的故障特征以及T接型线路拓扑影响,传统电流相量差动保护不能同时满足区外故障可靠性与区内故障灵敏性,存在误、拒动风险。因此,在分析T接型线路对基于余弦相似度纵联保护主判据影响的基础上,提出了基于余弦相似度特征判据的T接型线路纵联保护。综合考虑了电流互感器饱和、发展性故障与电流互感器二次侧断线的影响,研究了相应辅助判据。仿真结果表明,所提保护原理能够在新能源场站T接型线路中可靠识别区内外故障,并应对电流互感器饱和与发展性故障场景,且在常规采样频率下动作性能良好,适应不同类型新能源场站的故障特征。现场数据验证了所提新原理保护的有效性。     

双馈型电源短路电流统一解析方法及特性分析研究

新能源电源故障电流特性研究是电网故障分析和保护原理研究的重要基础。双馈型电源由于结构特殊且暂态特性复杂,特别是在不对称故障条件下,与低电压穿越控制策略有关,且控制策略多样化,导致其故障电流特性理论分析较为薄弱。针对此,建立双馈型电源在电网不对称故障条件下的数学模型,考虑陷波器和RSC励磁调节特性的影响,建立转子电流内环控制系统简化的等效模型。在此基础上,推导PI控制器参数的解析表达式,分析控制系统相位裕度和穿越频率取值范围,建立双馈型电源转子电流的简化计算模型,最后形成适用于不同控制策略的双馈型电源短路电流统一解析表达式,为含新能源电源接入的电网故障分析方法和继电保护新原理的提出奠定了重要基础。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真平台,证明了建立的双馈型电源短路电流统一解析表达式的正确性。     

基于行波的输电线路保护综述

行波保护不受故障点过渡电阻、负荷、CT饱和、系统振荡等因素的影响,能快速出口切除故障元件,行波故障测距技术具有精度高和适用范围广的特点。输电线路采用行波保护及测距一体化装置可提高保护的可靠性及测距精确度。总结国内外基于行波方向的故障判别和状态检测原理,分析行波分解在EHV/UHV输电线路的故障启动、故障方向判别等领域的应用前景。     

在线估计判据极值的高压直流线路新型距离保护

为解决现有高压直流线路单端量保护缺乏理论整定依据、对采样率要求较高、抗干扰能力差等问题,该文提出一种在线估计判据极值的高压直流线路新型距离保护。直流线路低频电压信号沿线可近似视为线性分布,当线路内部发生短路故障时,补偿电压与测量电压的瞬时值之比"压比"小数误差的影响,进一步提出通过在线估计"压比"最大值判于0,区外故障时,大于0。直流线路通常较长,考虑线路参别故障的方法。理论分析证明,对于基于时域微分方程算法的直流线路距离保护而言,在线估计判据极值比传统的直接收缩保护范围更能有效地防止保护误动。采用云广±800k V高压直流输电系统仿真模型对保护新原理进行验证。仿真结果表明,在线路参数存在误差的情况下,提出的距离保护方法可以准确快速判别区内外故障,而直接收缩保护范围的方法则需要收缩较大的裕度才能防止保护暂态超越。