电流积分余弦相似性在直流配电线路故障定位中的应用

为了能够快速找出直流配电网中发生单极接地或极间短路故障的线路,提出一种基于线路电流积分余弦相似性的故障区段定位方案。首先对换流器出口处的直流母线电流进行快速傅里叶变换,计算变换结果的能量熵作为故障检测判据,判据满足时立即启动故障区段定位算法,随后计算故障前后各直流配电线路两端线路电流的积分数列,然后计算故障前后的积分数列的余弦相似性,并依据线路两端余弦相似性的比较结果来构造故障区段定位判据,以此定位故障所在线路。同时,通过线路正负极的线路电流积分余弦相似性结果进行故障极判定,确定故障类型。仿真结果表明,所提方案可快速准确定位单极接地和极间短路故障所在的直流配电线路,为后续故障处理奠定良好基础。     

苏州同里±10 kV柔性直流配电系统直流故障特性研究

基于苏州同里±10 kV直流配电系统参数,针对直流单极接地和极间短路故障暂态特性进行了研究。采用示范工程系统结构及控制策略,利用PSCAD建立了电磁暂态模型,针对系统交流侧、换流器侧、直流侧和负荷侧进行了故障过电压、过电流研究,分析了接地电阻对直流侧电压和电流的影响。结果表明：系统直流侧发生单极接地故障时,交流侧出现持续直流分量,换流器不闭锁,DC-DC变换器高压侧电容放电;故障接地电阻对直流侧电压、电流影响大;极间短路故障产生严重过电流,将触发换流器过电流保护,导致换流器闭锁;故障电流是产生过电压的重要原因;电感元件两端过电压较大,极间故障对系统交流侧影响较小。     

苏州同里±10 kV柔性直流配电系统直流故障特性研究

基于苏州同里±10 kV直流配电系统参数,针对直流单极接地和极间短路故障暂态特性进行了研究.采用示范工程系统结构及控制策略,利用PSCAD建立了电磁暂态模型,针对系统交流侧、换流器侧、直流侧和负荷侧进行了故障过电压、过电流研究,分析了接地电阻对直流侧电压和电流的影响.结果 表明:系统直流侧发生单极接地故障时,交流侧出现持续直流分量,换流器不闭锁,DC-DC变换器高压侧电容放电;故障接地电阻对直流侧电压、电流影响大;极间短路故障产生严重过电流,将触发换流器过电流保护,导致换流器闭锁;故障电流是产生过电压的重要原因;电感元件两端过电压较大,极间故障对系统交流侧影响较小.     

环形直流微网短路故障分析及保护方法

以环形风电直流微网为研究对象,深入分析直流母线发生双极短路故障时电压源变流器(VSC)的故障特性,并据此提出以电流差动保护为主保护、欠电压保护为后备保护的环形直流微网故障定位与保护方案。该方案通过检测直流线路的输入、输出电流及其差动电流来定位和隔离故障线路,并配备欠电压后备保护以确保故障下直流微网系统的安全运行。基于MATLAB/Simulink对环形直流微网进行仿真研究以验证所提保护策略的可行性。仿真结果表明,在线路发生双极短路故障时,保护系统能够根据线路差动电流值做出快速响应,从而实现了直流微网系统短路故障的定位和隔离。     

低压双极环形直流微网的新型故障定位法

当直流微网线路发生故障时,为快速切除故障并恢复供电,减少停电时间,需要快速准确的故障定位。本文以低压双极环形直流微网为研究对象,针对单极接地故障和极间短路故障,提出了一种差分法与伪逆法相结合的新型故障定位方法,可在线确定出不同故障条件下的故障位置,且定位准确性高。根据暂态期间故障回路的KVL矩阵方程,利用差分法和伪逆法,计算故障线路的等效电感,进而计算出故障距离,从而实现故障定位。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性,对两种故障类型及不同故障距离和故障电阻,故障距离估计误差均小于1.43%,故障电阻相对误差小于0.04%。该方法可针对两种不同的故障类型,不受故障距离和故障电阻的影响,能准确地确定出故障点位置并计算出故障电阻,具有较好的实用性。     

柔性直流配电网故障分析

柔性直流配电网故障特性分析是保护方案设计的基础。当前,直流系统故障期间,换流器IGBT不闭锁时的故障特性尚未深入探讨。首先,确定直流配电网的接地方式和控制策略。其次,分析IGBT不闭锁时直流极间短路和单极接地短路的故障特性及过渡电阻等因素的影响,并讨论故障对其他区域的影响。结果表明,对于极间短路,除故障达到稳态后IGBT闭锁较之不闭锁会出现极间电压和故障电流增大的现象外,IGBT闭锁与否对故障特性影响不大;对于单极接地短路,IGBT不闭锁会使直流侧出现不平衡电压,导致换流器交流侧电流出现直流分量。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,证明了理论分析的正确性。     

考虑故障阀臂封锁条件下的VSC-HVDC换流器故障诊断算法

针对两电平柔性直流输电(VSC-HVDC)系统换流器内部常见的IGBT阀器件短路失效、桥臂直通、交流侧单相接地、交流侧两相短路、直流单极接地这5类贯穿故障,研究了换流器故障保护与诊断的协调配合方案,分析了保护闭锁条件下系统直流电压及交流电流的变化规律,据此提出了利用闭锁时刻的直流电压及闭锁后2个周期的三相交流电流作为特征信号进行换流器故障分类与定位的诊断方法,并确定了用于区分故障类型的电压、电流诊断阈值。对换流器严重贯穿故障进行仿真,利用PSCAD/EMTDC模型对所提出的诊断方法进行了验证,结果表明该方法不仅能可靠识别故障类型,还能准确定位故障位置,可用于故障阀臂闭锁条件下VSC-HVDC换流器的故障诊断。     

利用电容主动放电脉冲的直流配电网故障选线方法

为提高柔性直流配电网的供电可靠性,且在直流线路发生单极接地故障时配电网能够带故障持续运行一段时间,分析了小电流接地方式下电压源型多电平换流器与模块化多电平换流器的单极短路故障通路,计算验证了暂态故障电流的变化特征,由此提出利用两电平换流器直流集中电容在单极故障时控制其暂态放电脉冲的主动式故障选线方法,该方法无需增加外部信号注入设备,即可实现主动式故障选线,尤其适合于结构复杂、分支线路多且线路长度短的柔性直流配电网。最后,在PSCAD/EMTDC中建立典型柔性直流配电网仿真模型,仿真结果表明,所提方法能够准确实现对柔性直流配电网的单极短路故障选线。     

一种基于电流微分初始值的直流配电网故障定位方法

直流配电网故障定位是排查故障、确保线路安全的关键手段。基于此提出了一种基于电流微分初始值的直流配电网故障定位方法。首先推导了基于电压源型变换器的直流配电网线路发生双极短路故障和单极接地故障时故障电流的微分方程,并利用双极短路故障和单极接地故障中正负极线路的电压和电流突变量差异来判定故障的类型。其次通过电压源型变换器直流侧电容的放电过程提取故障电流信息,且根据限流电抗器上的电压降得到故障电流的微分等量表达式,并联立所推导的故障电流微分初始值方程获得故障定位的数学模型,从而实现故障距离的准确定位。最后利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型,验证了所提故障定位方法的有效性。     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。     

基于电磁时间反演的VSC-HVDC系统架空线-电缆混合线路故障定位方法

针对传统故障定位方法无法应用于架空线-电缆混合直流线路的问题,提出了一种架空线-电缆混合直流线路的故障定位方法,该方法采用先确定故障点所在区段、后在区段中定位的原理。利用故障附加网络的直流分量定义了故障区段判别函数,通过该判别函数在不同区段发生故障时数值不同实现故障区段的判定。然后,分析了电磁时间反演理论在故障定位中的可行性,分析确定了故障特征谐波。利用线路两端特征谐波的电流行进波作为时间反演电路的电流源,设置与原线路拓扑结构镜像的线路,利用时间反演电流源与镜像线路构建时间反演电路。在此基础上,根据时间反演的能量聚焦特性列写故障区段内的故障定位方程并实现区段内故障定位。利用PSCAD/EMTDC搭建的电压源型换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统仿真证明了所提方法能实现线缆混合直流输电线路的故障定位。     

基于电流微分初始值的VSC直流配电系统线路故障定位方法

在分析基于电压源型变换器的直流配电系统线路发生单、双极故障时电压、电流时域及频域故障特性方程的基础上,推导得到电流微分方程,并利用不同故障类型下的正极、负极电压和电流突变量进行故障判别,根据故障电流微分初始值推导得到故障定位方程。通过联立回路方程解决过渡电阻问题,并利用插值算法对传统的差分算法进行改进,解决了差分算法替代微分值存在的要求采样频率高、误差大的问题。仿真结果验证了所提定位方法的正确性和可行性,表明了所提方法计算简单、定位精度高。     

基于迭代软阈值压缩感知理论的直流输电双极短路故障测距方法

现阶段直流输电线路的故障测距方法主要为行波法,此方法存在波头捕获困难,波速难以确定等问题。因此提出基于迭代软阈值压缩感知理论的直流输电双极短路故障测距方法:在输电线路中根据预设定位精度定义“虚拟节点”, 根据两个“虚拟节点”之间的等效阻抗和两端的模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）列出输电线路的节点导纳矩阵,结合输电线路上测点测得的故障电压高频分量值,列写节点电压欠定方程;将故障点的对地注入电流等效为离故障点最近的一或两个“虚拟节点”的注入电流;通过压缩感知算法求解出电流稀疏向量,其中全局最优或局部最优的点即可认定为故障点。仿真结果表明,提出的方法能够准确定位故障点,结果稳定。     

基于模量网络分析的接地极线路故障定位新算法

针对直流接地极线路发生远距离、高阻接地故障时,现有故障定位算法精度低的问题,提出了一种基于模量网络分析的接地极线路故障定位新算法。基于线路的分布参数模型,建立了故障后接地极线路故障模量网络,在此基础上利用接地极线路量测端的电压、电流量计算沿线的电压、电流分布,进而得到故障点处的测量阻抗,根据故障点处测量阻抗虚部最小的特点进行故障定位。大量仿真结果表明,该算法可实现接地极线路全长范围内的准确定位,且不受故障位置和分布电容的影响,具有较高的故障定位精度。     

基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器

随着直流电网技术的广泛运用,直流断路器作为关键保护设备已成为相关领域研究重点.提出一种基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器,具有通态损耗低、经济性良好、重合闸速度快等优点.首先,提出新型断路器的拓扑结构及动作策略,通过电压钳位原理切除故障,而后利用LC振荡关断支路晶闸管;其次,分别对母线和线路故障进行解析推导,进而针对其关断过程设计参数;最后,利用PSCAD/EMTDC中的三端直流电网模型验证其有效性与适用性,并分别对两种故障仿真加以分析,通过故障电流、系统电压及支路电压对比分析等验证该断路器可代替多个常规断路器,减少了主断路器需求.     

基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术

目前,直流微网的保护方案大都依赖于线路两端直流断路器的快速开断能力与通信设备的可靠性,然而现阶段直流断路器成本高昂,且线路两端通信将会大大增加直流微网的建设运行成本。基于以上背景,文中以四端环形直流微网系统为研究对象,提出了一种基于控保协同的单端测距式保护技术。该方法分为故障控制与保护实施2个阶段。在故障控制阶段,通过改变电压源型换流器(VSC)自身以及外加可控元件的主动控制策略,使直流线路故障电流为零;在保护实施阶段,基于采用主动控制后VSC直流侧输出电压的周期性(20 ms)与电力电子元件的可控性,构建VSC与故障点的唯一回路,然后基于传统RL算法即可实现单端无差故障定位,接下来会出现线路电流持续过零,在此基础上,通过快速隔离开关实现故障隔离。该方法基于控保协同思想,消除了环网系统单端故障测距中对端电流的干扰,且线路两端无需配置直流断路器,仅利用快速隔离开关与故障控制策略进行时序逻辑上的相互配合即可实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端环形直流微网系统模型,验证了该控制和保护方案的有效性。     

高渗透率光伏发电的直流微电网故障穿越控制策略研究

为使直流微电网具备一定的故障穿越能力,考虑增强系统对直流母线电压的调节能力,提出了基于电池储能的故障穿越方案。引入基于非线性扰动观测的前馈项,设计了基于储能单元改进下垂控制的直流微电网故障穿越控制策略。这种控制策略可以有效抑制直流母线电压波动,缩短电压调节时间,使直流母线电压保持在安全运行范围内,从而实现直流微电网在直流支路短路故障下的故障穿越。最后在Simulink中搭建有高渗透率光伏发电的直流微电网仿真模型,对所提出的方案和所设计的故障穿越控制策略进行验证。     

联网运行下微型电网电压自愈控制方法

传统联网运行下微型电网电压自愈控制方法使用电流差动保护措施,无法远程控制馈线开关,不能快速实现电压自愈。提出一种新的自愈控制方法,将MAS分布式控制系统引入联网运行下微型电网电压自愈控制中,通过双层MAS结构中下层各Agent将微型电网运行情况及故障信息反馈到上层微型电网Agent后,制定最终自愈控制方案,并下达命令进行优化自愈恢复;通过各Agent间协作快速定位电网故障和进行电压自愈控制,其中故障定位时,Agent基于改进差动电流判断故障发生依据和支路故障判断依据,实现故障定位分析;电压自愈控制时采用启发式搜索方法形成供电恢复路径,各个联络开关处Agent发送恢复命令至故障末端分段开关处Agent,并通知本地Agent开挂合闸,实现微型电网电压自愈。通过实验表明,该自愈控制方法故障定位精准,自愈恢复耗时仅为0.27 s,自愈控制性能佳。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

考虑轨地回路分布式参数的直流牵引供电系统双端稳态故障测距算法

针对城市轨道直流牵引供电系统短路故障定位困难的问题,提出了一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态故障测距算法。在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线直流开关柜的测试电路将直流牵引网电压施加在接触网与钢轨之间,利用2次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。在考虑钢轨-大地两层回流结构的基础上,对分布式参数的轨地回路进行T型等效,通过解析计算得到故障距离与端口电阻的表达式。该方法不需要增加额外的故障测距设备且不需要双端数据的同步,不受接触电阻和暂态过程中的钢轨阻抗频率特性的影响。利用CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置、过渡电阻以及电压、电流测量装置测量误差对故障测距精度的影响。在实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的2种情况,结果验证了所提故障测距算法的有效性和实用性。