基于故障信息自同步的有源配电网纵联保护

随着分布式电源大量接入配电网,配电网结构变为多端电源网络,解决多端电源网络保护问题最行之有效的方法是纵联保护方案。但当前配电网硬件及通信水平无法满足纵联保护对线路两侧数据进行同步采样的要求。文中提出了故障信息自同步技术,故障时刻相对被保护线路两侧是同时的,以故障时刻为时间参考点,测量线路两侧基波电流故障时刻前后两相邻相同变化趋势峰值点的时间间隔变化,进而计算得到电流相位变化方向判定值,有效克服配电网难以同步采样的困难。基于故障信息自同步技术,文中提出了新型纵联保护方案,通过比较线路两侧电流相位变化方向判定值,即可判定故障位置。仿真验证了故障信息自同步技术的准确性,新型纵联保护方案具有良好的动作特性。     

基于故障同步识别的含分布式电源配电网充分式差动保护

分布式电源(DG)接入配电网后,配电网结构变为多电源网络,解决多电源网络保护问题最有效的方法是差动保护方案。传统差动保护方案需要使用被保护线路两端同步数据,但当前配电网通信自动化水平无法满足同步采样要求。文中提出了故障同步识别技术,测量线路工频基波电流故障时刻前后两相邻的相同趋势过零点的时间间隔,通过该时间间隔可计算故障后两端基波电流相位差并识别故障,有效克服保护无法同步采样的困难。基于故障同步识别技术,提出了充分式差动保护复合判据:仅由基波电流幅值和故障同步识别技术测得的时间量构成,包含改进标积制动判据和充分式比幅判据两部分。新复合判据解决了传统差动保护判据无法同时提高相移制动能力和灵敏性的矛盾。仿真验证了故障同步识别技术的准确性,充分式复合判据具有良好的动作特性。     

含DG配网电流幅值差异化保护方案

提出基于故障线路两侧电流幅值差异比较的配电网新型保护方案,适于含分布式电源的配电网络。首先对分布式配电网发生故障时,线路两侧故障电流幅值特性进行分析,得出在现有的分布式电源容量渗透率规定以及逆变型分布式电源对输出电流幅值限制的条件下,故障线路两侧电流幅值不相等且差异较明显的结论。以此为基础,提出新型的基于故障电流幅值差异的保护方案,为保证内部故障的灵敏性,外部故障及正常运行时保护的可靠性,提出相应的动作-制动特性方程。新方案借鉴传统差动保护制动判据的形式,但制动特性方程仅需电流幅值信息而无需相量的比较,在通信自动化水平较低的分布式配电网中更易实现。仿真证明了本方案的合理性和有效性。     

自适应幅值比的有源配电网差动保护方案

分布式电源大量接入配电网,改变了传统配电网单侧电源结构,易导致配网线路中出现双向潮流、电压越限和潮流波动等问题.文章首先分析了基于恒定功率控制的逆变型分布式电源故障特性以及有源配电网故障特性,提出了具有自适应幅值比的有源配电网差动保护方案.利用端电流的相位差自适应调整保护方案的幅值约束条件:在区内发生故障时,可以减少制动范围,防止保护拒动;在区外发生故障时,则可以增加制动范围,防止保护误动.最后,在PSCAD中搭建相关仿真模型,对所提有源配电网保护方案进行验证,结果表明该保护方案具有良好的适应性.     

一种计及低电压穿越的有源配电网继电保护方案

文章对配电网中逆变型分布式电源故障特性进行了分析,并提出了一种计及低电压穿越策略的有源配电网继电保护方案。建立了计及低电压穿越规范的逆变型分布式电源故障分析模型,提出了适用于有源配电网的故障分析方法;对于仅具备电流量测能力的有源配电网,提出一种基于电流幅值及相位条件的分布式保护方案,并在幅相平面对线路的故障特性进行分析。通过研究电流幅值和相位在故障线路和非故障线路上的不同特征,确定故障位置。在此基础上提出改进型判据,实现保护判据性能的提升。此方案可解决传统电流差动保护相移误差与判据灵敏度之间的矛盾,并且配电网仅需电流量测能力,有一定的工程价值。     

基于多端差动电流的配电网区域保护方案研究

针对传统配电网继电保护动作延时过长、时限配合复杂、纠错能力弱等问题,以多源配电网结构为例,提出一种基于多端差动电流的广域保护方案.首先,利用区域划分网络,形成子域故障信息矩阵;其次,结合同步采样对时方式由智能电子终端改进矩阵算法实现快速准确定位故障要求;最后,以简单配电网系统算例分析验证该保护方案的有效性与补救能力。     

含逆变型分布式电源的配电网正序阻抗纵联保护

逆变型分布式电源区别于传统电源的故障特性导致传统电流保护难以快速可靠切除故障,也影响了现有输电网保护原理直接应用于配电网的动作性能。借鉴电流差动保护原理思想,定义了正序差动阻抗,理论分析了其在区内外故障时的幅值差异,提出了一种适用于有源配电网的正序阻抗差动保护原理。为进一步改善保护性能,有效应对分支负荷的影响,构造了带制动特性的动作判据。针对区内三相金属性短路故障时保护存在的死区问题,利用故障时正序阻抗与正序电流幅值特征构造了辅助判据。与传统电流差动保护相比,所述方法无需两端数据同步采样,对通信要求较低。仿真结果验证了保护原理的有效性。     

基于多端差动电流的配电网区域保护方案研究

针对传统配电网继电保护动作延时过长、时限配合复杂、纠错能力弱等问题,以多源配电网结构为例,提出一种基于多端差动电流的广域保护方案。首先,利用区域划分网络,形成子域故障信息矩阵;其次,结合同步采样对时方式由智能电子终端改进矩阵算法实现快速准确定位故障要求;最后,以简单配电网系统算例分析验证该保护方案的有效性与补救能力。     

新型微电网外部短路故障保护方案

结合微电网与配电网的隔离策略,提出了一种基于正序故障分量原理的新型微电网外部短路故障保护方案。该原理分别提取微电网与配电网之间的联络线两端的正序故障分量进行阻抗计算,然后利用阻抗角构成的新判据确定是否发生微电网外部故障。该原理无需考虑负荷电流和故障电阻的影响,克服了微电网故障时短路故障电流小以及潮流双向流动的问题。同时采用正序故障分量电流幅值差动保护作为阻抗角保护判据的启动判据,构成了一套完整有效的微电网外部短路故障保护方案。用PSCAD/EMTDC建立一个连接配电网的微电网仿真模型,进行各种短路故障仿真,仿真结果验证了所述保护方案的正确性和有效性。     

兼具高灵敏性与良好相移制动能力的多端广域电流差动保护判据研究

对以T接线为代表的多端线路而言,广域电流差动保护是其最为适用的主保护。但是,由于在地理上涉及多个变电站,多端广域电流差动保护往往面临着比基于专有通道的双端电流差动保护更为严峻的数据同步问题。针对上述问题,该文首先基于ρ平面法分析多端线路在不同同步误差下保护动作量的特征,研究在多端线路中同步误差对差动电流、制动电流幅值和相位的影响,进而提出一种适用于多端线路的广域电流差动保护制动电流的设计方法。为了兼顾判据对区内高阻故障的灵敏性要求及在数据同步品质变差时的耐受相移误差能力,进一步引入双K制动系数优化制动区域的形状和面积,并推演出制动系数整定方法,为多端线路差动保护的工程应用和推广提供新思路。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果证明,所提方法可在保证区内故障灵敏度不降低的前提下,提升判据在发生数据附加同步误差时的安全性。     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.     

多端柔性直流配电网高频功率相关性纵联保护方法

直流线路保护是保障多端柔性直流配电网系统安全稳定运行的关键,主要技术难点在于故障区段的准确识别和快速隔离。文中分析了故障后直流配电网中暂态高频分量的分布特点,提出一种基于高频功率的直流线路纵联保护方法。利用故障前后高频功率的幅值变化,提出保护快速启动判据。利用不同故障情形下线路两侧高频功率线性关系和相关系数的差异,提出基于线路两侧高频功率相关系数的故障识别和选极判据。基于MATLAB/Simulink建立多端柔性直流配电网模型,仿真结果表明所提保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且相邻线路保护无须配合,对双端数据同步要求较低,不受系统运行方式影响和网络拓扑的限制,且具备良好的抗过渡电阻能力。     

基于电流相角突变量方向的有源配电网保护

随着分布式电源(DG)的大量接入,配电网的结构由传统的辐射型改变为多端电源系统。由于DG出力的随机性,传统的基于电流幅值的保护方案很难整定。通过研究故障前后电流相角的变化,得出了电流相角突变量方向与故障位置的关系,并由此提出一种新的电流纵联方向保护方案。由于该方案只利用电流信息,避免了安装电压互感器。对于规模巨大的配电网,具有经济性。由于只需传输判定结果,降低了对通信通道的要求。最后,通过仿真分析,对保护方案进行了验证。     

输电线路虚拟有功功率差动保护

有功功率差动保护在消除线路分布电容影响、应对高阻故障等方面独具优势,但近处金属性故障时的性能缺陷限制了其实际应用。为解决此问题,文中依据叠加原理,提出了虚拟有功功率的概念,并对内、外部故障时线路两端虚拟有功功率的特征进行了分析。以此为基础,提出了分相虚拟有功功率差动保护动作判据,并对其动作特性进行了定性分析。借助PSCAD搭建500kV输电线路模型,全面仿真和评估了不同故障位置、故障类型、过渡电阻、无功元件调整、非同步数据等多种因素对保护方案的影响。理论分析及仿真结果表明,该保护方案可准确辨别故障区间且近处金属性故障无死区,耐过渡电阻能力较强,数据交换量少,同步要求低,无需电容补偿措施。     

逆变式电源接入下的配电网自适应距离保护方案

以光伏、储能为代表的逆变式电源(inverter interfaced distributed generator, IIDG)大量接入配电网,使得传统距离保护受到巨大干扰,同时存在拒动或误动的风险。针对此问题,分析了含IIDG配电网不同类型故障下的复合序网,利用IIDG侧正序故障分量求取不同故障下的附加阻抗角。结合故障下阻抗的复平面关系,计算线路故障位置对应的短路阻抗,得到了一种真实短路阻抗求解办法。提出了一种适用于逆变式电源接入下的自适应距离保护方案。该方案求解过程利用IIDG侧单端电气量,解决了距离保护受IIDG故障输出受控特性和过渡电阻影响的问题,在有效降低配网通信成本的同时不受故障位置变化的影响。通过实时数字仿真器(real time digital simulator, RTDS)对该保护方案进行了验证,结果表明其在不同类型故障下都有较好的选择性和可靠性。     

基于改进动态时间弯曲距离算法的直流配电网线路纵联保护方案

故障阻断型换流器构建的直流配电网采用主动限流控制后,将导致故障电流特性复杂化,严重影响保护的动作性能。在对直流配电网主动限流控制下故障电流特性进行分析的基础上,根据区内、外故障下线路两侧电流波形的差异,提出了一种基于改进动态时间弯曲距离(DTW)算法的线路纵联保护方案。该方案利用线路两侧电流采样值时间序列计算DTW,根据区内故障下DTW值远大于区外故障下DTW值的特征识别故障线路。通过电压梯度构成启动判据,对DTW算法起始时刻进行自校正,同时引入加权函数对DTW算法进行改进,以抑制边缘效应,从而有效降低同步误差对保护的影响,提高保护可靠性。算例分析表明所提保护方案在不同电网运行方式下均可正确区分区内、外故障,适应性强,同时具有良好的耐受过渡电阻和分布电容电流的能力。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。