有源配电网差动保护自同步原理及误差分析

分布式电源的接入使得电流差动保护被引入配电网,需要解决的关键技术之一即是两端故障数据的同步问题。基于保护启动时刻的故障数据自同步算法可以在不增加额外设备的情况下实现数据同步,在配电网中获得了一定的应用,但对该算法的同步精度尚缺乏必要的理论分析和验证。文中在分析计算相电流突变量保护启动算法的基础上,从直流分量的衰减速度着手,导出了不同衰减速度下保护启动延时的计算表达式;并进一步分析了最大保护启动延时随故障初始相角、衰减速度的变化规律,得出不同故障条件下可能出现的最大自同步误差。分析结果表明,该算法的同步精度受故障时刻、线路参数、故障启动门槛、电流互感器测量误差等因素的影响,某些情况下会出现两端数据同步误差大于保护允许同步误差裕度的情况。最后利用继电保护测试仪验证了上述理论分析的正确性。     

基于电压突变量的差动保护同步方法研究

随着基于无线通道的配网差动保护被引入配电网,需要解决的关键技术之一即是两端故障数据的同步问题。基于保护启动时刻电压突变量的同步方法可以在不增加额外设备的情况下实现数据同步,但对该方法的同步精度和适用范围尚缺乏必要的理论分析和验证。通过叠加原理研究了多相故障情况下基于电压突变量的差动保护同步原理,并进一步分析了故障启动门槛、采样频率、故障初始角、谐波和各侧装置采样时刻不同对同步误差的影响,并进行了相关模拟仿真测试。结果表明,取5%的电压额定值作为启动门槛,采用每周波240点采样,能确保各侧装置在线路多相故障时启动时刻的同步误差小于30°,从而满足配网差动保护的同步要求。     

一种用于配电网故障数据自同步的故障时刻检测方法

配电网故障数据自同步算法以故障发生时刻为基准,不依赖于外部对时装置,不受数据通信传输路径与通信信道延时的影响,可以在较低成本的情况下实现故障数据的同步。而精确的故障发生时刻检测是实现故障数据自同步的关键。为此提出了适用于故障数据对时同步的故障时刻精确检测方法。该方法首先利用故障信号构造Hankel矩阵,对故障信号进行分解,得出细节信号,最后结合模极大值法求解故障数据的奇异点,即故障发生时刻。仿真结果表明,该方法可以有效降低因故障检测延时不同导致的同步误差,且具有较高稳定性。     

输电线路自同步电流差动保护

电流差动保护原理简单、可靠性高,但对数据的同步性要求严格,同步误差超过一定限值时会引起误动或拒动。针对电流差动保护常用的动作判据,定性分析了其在内、外部故障时的耐同步误差能力;以故障发生时刻为对时基准,提出了输电线路自同步电流差动保护方案,并对此方案的误差来源、可行性及应用条件等进行了详细的分析与论证;同时,借助现场录波数据和PSCAD仿真结果,对输电线路中自同步电流差动保护方案的可行性进行了验证。理论与仿真分析表明,所述方案不依赖外部时钟,不受通道传输延时和路由变化的影响,在当前技术条件下,其同步误差在允许范围之内,可为输电线路电流差动保护提供一种新的实现方式。     

提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案

配电网5G差动保护信道的来回时延不等导致传统同步算法无法应用,需要增加额外的同步装置。另外,5G信道存在时延抖动和数据异常等问题会对保护的可靠性产生影响。针对这些问题,首先提出了基于变频插值的故障自同步法,在保护装置启动后利用插值法处理故障前特定时刻数据窗来实现同步误差校正。以此为基础,分析保护可能面临的异常数据特征,提出了考虑舍去极值的Hausdorff故障判别算法。最后设计了一种能够提升抗时延抖动和数据异常性能的配电网故障自同步5G差动保护方案。在PSCAD对方案进行仿真验证,结果表明所提方案能够在不增设额外同步装置的前提下有效提升抗时延抖动和数据异常的性能,保证发生各类故障和存在大噪声时的保护可靠性。该方案可为配电网5G差动保护的可靠性提供保障。     

基于电流突变量曲线拟合的故障时刻检测算法

传统基于相电流突变量的故障时刻检测方法虽然简单,但因受暂态分量的影响而存在较大的检测误差。利用现有保护装置采集的电流信息,对相电流突变量进行曲线拟合,并经逆向推导求出故障时刻。对电力系统的短路暂态过程进行分析,探究相电流突变量的变化规律并推导其广义表达式。利用Prony算法对离散的相电流突变量值进行函数拟合,得到表征其函数曲线的特征参数;通过改进现有的波形相似算法,进一步从拟合函数的过零点中筛选出故障时刻。结合PSCAD仿真测试,探究故障时刻的检测精度及其影响因素,仿真结果验证了所提算法的可行性和准确性。     

一种基于异步法的母线保护中电流互感器饱和判据

准确判别出电流互感器(CT)饱和是区外故障还是区内故障引起的可提高母线保护的可靠性。区内外故障CT 饱和前存在线性传变性,在有效的数据窗内(通常取半个周波的数据作为差动保护判据的有效数据),饱和点前后差流与制动电流的大小和相位变化不同步,即饱和时刻超前于差动保护动作时刻,差流和制动电流变化量不一致,利用这种不同步关系文章提出了一种新的CT饱和判据,通过仿真和动模实验证明了该判据的可靠性,它可以有效避免因区外故障CT深度饱和而引起差动保护误动。     

基于动态时间弯曲距离的主动配电网馈线差动保护

基于馈线上不安装电压互感器、馈线终端(FTU)通信实时性较差和时间同步能力较弱的工程应用背景,提出一种主动配电网馈线差动保护方法。利用相电流突变量启动算法,触发馈线区段边界上各FTU相互交换1个工频周波的故障电流采样数据,再通过计算各FTU故障电流的动态时间弯曲(DTW)距离确定是否为区段内部故障。该保护在启动算法与抗同步误差能力强的DTW算法的配合下,不需要获取电压信息,不要求FTU间准确同步,对数据通信实时性要求不高,数据运算量小,对FTU硬件配置要求低,适用于分布式电源高度渗透的含多分支线路的主动配电网。仿真结果说明了所提方法的有效性。     

基于突变电流积聚量的高压直流输电线路伪同步差动保护新原理

为解决现有高压直流线路电流差动保护动作延时长(秒级)的问题,提出基于突变电流积聚量的伪同步差动保护新原理.分析两端电流在区内外故障时的突变特征,提出突变电流积聚量以有效捕捉电流突变方向,利用两端突变电流积聚量分别构造动作电流和制动电流,提出全新原理的直流差动保护,并通过伪同步算法进一步缩短保护动作时间.此外,比较两端电...     

基于5G授时的配网差动保护数据同步方案

在配网中实现基于5G通信电流差动保护的关键技术之一是区段两端电流数据的同步问题。分析现有数据同步方法应用于5G电流差动保护的适应性;介绍5G协议中时间同步指标及实现架构;在此基础上,提出利用5G通信中的高精度时间信息实现数据同步的实用化路线。在该路线中,设计一种基于5G信号参数的基站授时方案;给出两种适用于配网电流差动保护的对时信号;最后提出基于B码对时信号的电流差动保护数据同步方法并分析其误差。理论上所提方案可实现线路两端时间同步偏差不超过20.8μs,对应两侧电流相角偏差不足0.5°,完全满足电流差动保护要求。     

有源配电网电流差动保护应用技术探讨

有源配电网具有多电源、多分段、多分支、功率双向流动、弱馈等特征,传统三段式电流保护难以保证选择性和灵敏性,需要提供新的更有效的保护方法。基于该背景,将正序故障分量电流差动保护引入到有源配电网,探讨其应用原理与实现技术。针对不同的馈线结构,给出了适应性差动保护动作判据及门槛整定原则。针对配电网线路特点,提出并实现了基于故障信息的电流数据自同步方法。根据配电自动化通信体系最新进展,探讨了基于点对点对等通信实现差动保护数据交换的通信规约。基于智能配电终端平台,开发出正序故障分量电流差动保护样机并对其进行了综合测试,测试结果验证了所提保护方案的可行性。     

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。     

5G通信自同步配网差动保护研究与应用

随着分布式电源的高度渗透和环网结构的逐步增多,配电网迫切需要电流差动保护应对过流保护面临的挑战。基于5G的商用化契机,研究开发一种基于5G通信的配电网分布式差动保护。该保护采用基于移动边缘计算的切片网络作为数据通道,具有超低延时和超高可靠的特点;采用基于故障时刻的自同步方法解决差动保护两端的数据同步问题,无需增加额外对时装置。在5G智能电网应用示范区,对所开发装置进行了单基站和跨基站环境下的综合测试,并投入10 kV线路试点运行。现场测试结果与试运行数据表明,差动保护性能满足配电网工程应用要求。     

分布式母线差动保护耐同步误差能力分析

提出了最小同步误差允许裕度角的概念,用于描述分布式母线差动保护判据耐同步误差能力,推导得到表征同步误差对差动电流影响程度的相移系数。详细分析了母线结构、电流互感器饱和、制动系数以及不同步单元电流幅值和数量等因素对最小同步误差允许裕度角的影响方式,得出该裕度角的理论分析值。利用PSCAD/EMTDC建立了典型结构的母线系统模型,对理论分析进行了全面的仿真验证。验证结果表明,最小同步误差允许裕度角的理论值既可检验现有保护方案中各数据处理环节产生的同步误差是否超出保护承受能力,又可为判断各种同步方案和自同步技术是否符合母线差动保护的要求提供参考。     

适配高渗透率DG接入配电网的幅值比较式保护

对于高渗透率分布式电源(DG)接入的配电网,提出了新型综合电流幅值比较的保护原理,通过线路两端分相全电流幅值以及正序故障电流幅值的比较进行故障定位,实现了低成本与高可靠性的兼容。并通过PSCAD搭建10 kV含分布式电源配电网模型,全面仿真了不同DG渗透率、故障位置、故障类型、过渡电阻、非同步数据等多种因素对保护原理的影响。经过理论分析和仿真,证明方案能够准确实现故障定位,利用的数据简单,耐过渡电阻能力优秀,保护配置要求低,抗同步误差强。