基于电压反行波的特高压直流输电单端量线路保护

针对传统特高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于电压反行波的单端电气量直流线路保护。综合考虑线路边界和直流输电线路对高频故障电压行波的衰减作用,结合发生区内、区外故障时故障行波传输特性发现：发生区内故障时,整流侧保护元件测得的高频电压反行波较大;发生区外故障时,保护元件在研究时段内测得的高频电压反行波较小,甚至近似为0。据此,可判别区内、区外故障。采用改进电压梯度法实现保护的快速、可靠启动。大量仿真结果表明,该保护方案能快速识别区内、区外故障,无需通信,能可靠保护线路全长,且耐过渡电阻能力强,不受分布电容影响。     

基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护

现有的行波保护和电流差动保护间的配合存在延时,使得故障过程中的直流控制暂态阶段缺乏相应的保护。基于控制保护融合的思路,利用故障后直流控制暂态阶段两换流站侧的触发角变化特征,提出一种基于触发角变化特性的高压直流线路纵联保护新原理。通过构造整流侧和逆变侧的触发角变化率均值间的余弦相似度判据和固定时间间隔的触发角变化量判据,实现区内外故障的准确识别。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方案可在直流控制暂态阶段识别故障,耐受过渡电阻能力强,动作速度较快,且数据采集不需要严格同步,可作为高压直流线路的快速后备保护。     

基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究

直流线路保护是高压大容量柔性直流电网亟需解决的关键问题之一。针对目前的通信技术难以满足传统行波差动保护对高速采样数据的实时传输要求这一突出问题,文章提出了基于等效行波的柔性直流电网差动保护方法。作为单端量主保护的后备保护,该方法仅利用少量能表征原故障电流行波关键信息的模极大值进行数据交互,在线路两端重构出能完美复现原故障电流行波的等效故障电流行波,不但大大减少了构造行波差动保护判据所需的通信数据量,而且可实现柔性直流电网故障区域和区内直流线路不同类型故障的可靠、快速识别。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端环形柔性直流电网,对所提的基于等效行波的柔性直流电网差动保护方案进行了仿真验证。     

基于真双极的MTDC电网直流线路快速保护

多端柔性直流电网(multi-terminal flexible direct current,MTDC)的网状结构和故障特性对直流线路保护的动作性能提出更高的要求,对此提出一种基于单端量的直流线路电压行波保护方案。首先,针对基于MMC的MTDC电网直流侧发生的不同故障或干扰情形,理论分析故障电压反行波在线路上的传播特征差异。其次,利用小波变换提取高频电压反行波构建区内外故障识别判据;对于单极接地故障,提出故障极的识别判据;另外,针对架空线路遭受雷击后对行波保护的影响,构建雷击干扰识别判据。最后建立张北四端MTDC电网仿真模型,仿真结果验证所提保护方案的有效性。     

直流输电线路差动保护新原理

针对直流输电系统的快速发展亟需研究新原理的直流线路保护问题,本文提出一种基于直流电流正、反向行进波构成的直流输电线路差动保护原理。根据对直流线路两端的电流正、反向行进波间关系的分析结果,推导出由本侧电流正、反向行进波得到对侧电流正、反向行进波的计算方法,利用同一侧保护安装处电流行进波的计算值与实测值来构造差动保护判据,并给出了保护整定值的选取原则。根据对故障点处与保护安装处地模电流间关系的分析,利用地模电流构造了故障选极判据。理论分析和仿真实验均证明了所提的行进波差动判据对区内外故障具有明确的选择性,选极判据对故障极线路的判别正确。     

西门子及ABB直流线路行波保护对比和改进研究

西门子和ABB的直流线路行波保护方案在国内外应用最为广泛,存在过渡电阻耐受能力低,区内外故障区分度不高等问题。介绍了西门子和ABB行波保护的原理和判据。采用云广特高压直流工程参数搭建跟现场一致的西门子和ABB行波保护模型,通过仿真从过渡电阻、故障距离、区内外故障、线路耦合方面对西门子和ABB行波保护性能进行分析和对比。结果表明,ABB行波保护过渡电阻耐受能力高于西门子行波保护,西门子和ABB行波保护均可以利用变化率判据提高区内外故障的区分度,西门子行波保护可以利用变化量、ABB行波保护可以利用地模波变化率进行故障选线。针对现有行波保护方案存在的缺陷,在现有判据量的基础上提出改进方案。     

利用单端边界能量的直流输电线路全线速动保护

现有单端边界能量保护，难以区分整流侧区外故障和直流线路末端故障，单端复合式保护解决了此问题，但方法相对复杂。此外，利用边界对故障高频分量衰减作用的单端边界能量保护对装置采样频率要求较高。为解决以上问题，该文根据直流滤波器的分流特性、平波电抗器的分压特性，提出一种新型直流线路单端边界能量全线速动保护方案。整流侧区外故障时，整流侧保护安装处边界能量值小于整流侧平波电抗器阀侧的值；逆变侧区外故障时，整流侧保护安装处边界能量值小于区内故障时的值；区内故障时，整流侧保护安装处边界能量值大于整流侧平波电抗器阀侧的值，且大于逆变侧区外故障时保护安装处检测到的值。根据此特征构造区内外故障识别判据，考虑到利用双端故障信号选极速动性不足，进一步提出一种单端快速选极判据。该方案原理简单，对采样率要求低，易于工程实现。大量仿真结果表明，该方案速动性好，可靠性高，且具备较好的抗过渡电阻能力。     

基于线模电流故障分量的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有高压直流输电线路纵联保护受分布电容影响大,动作速度慢从而导致系统闭锁这一问题,提出了一种不受分布电容影响的高压直流输电线路方向纵联保护方案。通过分析模电流传输特性得到线模电流具有受分布电容影响小的特点。基于输电线路线模阻抗推导了区内和区外故障下线路两侧测点电流幅值特征,从而利用整流侧和逆变侧测点线模电流故障分量幅值比的差异作为保护判据,构建了区内外故障识别方案,并通过理论分析为保护阈值选取提供了依据。仿真结果表明,所提保护方案能够可靠识别区内外故障,保护动作不受分布电容影响,对采样和通信要求不高,并具有较强的耐过渡电阻能力和抗噪性。     

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。     

高压直流输电线路故障行波传播特性及其对行波保护的影响

高压直流输电线路故障行波传播特性研究多采用无损传输线模型作为研究对象而未考虑行波色散的影响;直流线路行波保护研究通常未考虑线路末端设备的影响。分析了故障行波沿直流线路传播产生色散的原因、特点以及影响因素;分析了直流线路末端设备对故障行波中不同频率分量的影响。在此基础上研究了行波色散及末端设备对行波保护的影响。研究表明：故障行波的色散主要体现在其地模分量上。故障行波波头幅值的变化影响行波保护的电压变化量判据,受前述两因素的共同作用;故障行波波头陡度的变化影响电压变化率判据,受行波色散影响有限,主要由故障行波     

基于PSCAD/EMTDC的高压直流输电线路保护仿真研究

本文在PSCAD/EMTDC平台上建立了实用的直流输电线路行波保护系统模型。通过分析高压直流线路发生故障后的特点,按照行波保护的原理,利用直流线路发生故障瞬间,线路上产生的暂态电流电压行波的幅值和方向不受控制系统作用影响的特点,通过计算直流电压下降率和直流线路故障前后的电压电流行波差值,来判断直流线路是否发生故障。在南方电网贵广直流输电系统仿真模型上对所建立的直流输电线路行波保护系统进行了仿真测试,通过设定极1整流侧直流线路发生接地短路故障,验证行波保护系统的动作情况,仿真测试结果证明了本文所建立的线路行波保护系统的正确性和实用性。     

数学形态学用于高压直流输电线路行波保护的探讨

首先分析了高压直流输电线路行波传播特点及行波保护中的两个关键问题即行波滤波和波头捕获,继而详细介绍了数学形态学滤波技术和形态学梯度技术,并把它们成功地应用于直流输电线路暂态行波滤波和故障行波波头的捕获。仿真结果表明,形态滤波技术对于行波信号中的白噪声尤其是对于正负相间的脉冲噪声有很好的滤波能力;经形态学梯度变换后的暂态故障行波中的突变分量易于检测,这种基于数学形态学的行波保护方法在高压直流线路行波保护中具有良好的应用前景。     

高压直流输电线路行波特性与保护定值整定

以基于行波幅值的高压直流输电线路行波保护方案为对象,研究了影响行波特性的几种因素。研究表明:故障位置远、接地过渡电阻大、降压运行以及换流器退出运行等因素均会造成行波幅值降低、变化率减小。结合向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程(简称向上工程)的行波保护逻辑,分析了行波波形出现瞬时扰动、剧烈振荡时保护逻辑的抗干扰性能,并研究了保护逻辑间的配合、判据判定方式、保护配置方案等因素对定值整定的影响。在此基础上提出了行波保护整定流程。最后,建立了向上工程的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了该整定流程的可行性。     

基于行波波形相关性分析的直流输电线路纵联保护方案

直流输电线路差动保护易受故障暂态影响,动作速度慢,有必要研究性能更为优越的纵联保护方案。通过对线路区内、区外故障行波传输过程的分析可知:区外故障时,故障侧前行波与非故障侧反行波为同一行波,波形呈现很强的相似性;区内故障时,一侧的前行波与另一侧反行波为不同行波,波形相似度很小。根据此特征差异,提出了一种基于行波波形相关性分析的快速纵联保护方案。仿真结果表明,所提出的纵联保护方案能够快速识别区内、区外故障,准确检测高阻接地故障,正确判别故障极,适用于不同电压等级直流输电工程,且对数据同步性要求不高。     

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。     

新型直流输电行波电流极性比较式方向保护

为克服现有直流输电线路行波保护原理上存在的缺陷,基于现有行波保护方案的分析和仿真,改进了电流极性比较式方向保护方案。该方案引入了数学形态学梯度技术以提高方向保护的动作性能和准确反映暂态行波信号的突变时刻;且集故障定位与保护于一体。6个具有代表性算例的仿真比较表明,该方案能可靠区分直流输电线路区内、外的各种故障,对近距离故障、高阻接地故障等传统方法中难于准确定位的故障类型给出较准确的结果。     

高压直流输电线路保护的探讨

对高压直流输电线路的故障特征及其线路保护进行了分析与探讨,针对直流线路故障的特点,对各种保护原理进行了简要分析,认为行波保护作为HVDC系统线路保护的主保护符合高压直流输电线路故障特征并具有绝对的优越性,为高压直流输电线路行波保护的分析与研究提供了理论基础。     

并联型混合多端直流线路单极-双极混合运行方式下的故障行波特性

单极-双极混合运行是并联型混合多端直流输电系统中非常重要的一种运行方式,可以最大程度减小换流站故障或检修带来的功率损失,研究该方式下的直流线路故障行波特性及其对行波保护的影响具有重要意义。该运行方式下直流线路间存在一个不对称折反射界面,针对该界面的结构特点进行了行波折反射特性的理论和仿真分析;在此基础上研究了单极接地故障时的故障行波传播特性,并结合工程实际分析了其对行波保护的影响。研究结果表明:模量之间的交叉折射是造成单极双极混合运行方式下故障行波传播特性不同的主要原因;就基于模量的行波保护判据而言,单极双极混合运行方式将造成行波保护动作量减小,需要在定值整定中予以考虑。