基于故障暂态行波高低频能量比值的交流输电线路快速保护方案EI北大核心CSCD

新能源电力系统中大量电力电子装置的应用使得基于工频量的保护方案难以适用,暂态量保护方案的优势更加凸显。现有暂态量保护存在阈值整定困难、区内末端高阻故障情况下容易拒动的问题。针对以上问题,该文首先分析了线路不同位置发生故障时行波的传输路径,推导了电压行波的表达式,明确了不同位置发生故障时行波的频率分布规律。在此基础上,采用时频分析能力更好的小波包变换提取故障暂态特征,并在暂态能量中引入频率信息以放大高频分量的影响,增大区内、外故障时高低频暂态能量的分布差异,进而提出利用高低频能量比值进行区内外故障识别的新方案。新方案无需复杂的阈值设置,采用高低频能量比值方式削弱了过渡电阻和故障距离对保护判据的影响,最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证了新方案的有效性和可行性。     

智能电网继电保护研究的进展(一)——故障甄别新原理

利用故障暂态分量在区内故障时线路两侧功率方向相同、暂态能量大的特点,通过小波变换提取这些特征,实现超高压交流线路超高速保护、超高压母线超高速保护;利用直流输电线路端部的直流滤波器和平波电抗器对高频分量形成的阻抗边界,区内短路时高频分量远大于区外短路,使用高频能量在单端实现超高压直流线路全线超高速保护;利用中性点非直接接地系统单相接地时其暂态零序分量是工频分量几十倍并且不被补偿减小的特点,提取零序电流的高频分量,采用方向比较和幅值比较,实现了单相接地故障选线装置。给出了试验装置可以超高速(5ms内)判别故障性质的试验结果,展现了新的故障甄别原理可以满足智能电网中特高压系统对超高速切除故障的美好前景。     

基于暂态行波的小电流接地系统故障定位

小电流接地系统发生接地故障时,故障电流的稳态分量较小,导致许多基于稳态分析的接地选线装置效果不佳,故障定位不准确.分析了小电流接地系统单相接地时故障线路与非故障线路的零序电流特征,介绍了小波变换、信号奇异性检测及行波测距原理,提出了利用小波变换提取暂态分量作为依据的故障选线方法,该方法对接地故障的暂态分量进行小波变换,通过比较变换后零序电流模极大值的大小和极性判别出故障线路,进而实现行波测距故障定位.MATLAB仿真结果表明,该方法能够准确、可靠地实现故障定位.     

超高压输电线单端暂态量保护的新原理探讨

通过对输电线路故障暂态电流的理论分析 ,发现区内、外故障时暂态电流由于线路阻波器、结合设备以及杂散电容的影响有所不同 ,主要表现在两个方面 ,一是每个突变点 (行波到达时刻 )的波形变化的陡变不同 ,二是在一个时间段内包含的高频分量不同。利用小波变换提取和放大两者的差异可以构成输电线路的保护判据。仿真结果表明 ,利用小波变换提出的保护算法足以放大和提取这种差异而构成正确的保护判据。     

适用于柔直配电网的暂态高频阻抗纵联保护

为保障柔性直流配电网的安全可靠运行,本文提出一种基于暂态高频阻抗的纵联保护方法。通过建立直流线路的故障等效电路,分析直流线路极间故障后数个毫秒内暂态电气量的变化特征,采用小波变换提取电压、电流故障分量中特定频段的高频信号,并计算保护装置安装处的高频阻抗,利用保护区内、外故障时暂态高频阻抗较大的幅值差异构成保护。该方法对信号同步的要求不高,相邻线路间的主保护还可以通过配合构成新的区域后备保护。最后,本文在PSCAD/EMTDC平台搭建模型进行仿真,结果表明,本文所提方法能够快速准确地动作。     

基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护EI北大核心CSCD

为提高直流线路后备保护动作性能,提出一种基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护。利用S变换提取直流滤波器调谐频率下的故障电压、电流分量,计算前行波与反行波,分析证明调谐频率下的前、反行波在线路边界处满足全反射的关系。区内故障时,线路两端的前、反行波暂态调谐能量比值均接近于1;区外故障时,远离故障的一侧前、反行波暂态调谐能量接近1,而另一侧的比值非常大。区内、外故障时线路两端暂态调谐能量比值差异明显,可用来识别线路故障。该方法原理简单,门槛值便于整定,对通信的要求较低,适合作为高压直流线路的后备保护。PSCAD/EMTDC仿真结果证明,该保护在不同故障位置、故障类型的条件下均能准确判别区内、外故障,并具有良好的耐受高阻故障能力。     

基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护

为提高直流线路后备保护动作性能,提出一种基于行波调谐能量的高压直流线路纵联保护。利用S变换提取直流滤波器调谐频率下的故障电压、电流分量,计算前行波与反行波,分析证明调谐频率下的前、反行波在线路边界处满足全反射的关系。区内故障时,线路两端的前、反行波暂态调谐能量比值均接近于1;区外故障时,远离故障的一侧前、反行波暂态调谐能量接近1,而另一侧的比值非常大。区内、外故障时线路两端暂态调谐能量比值差异明显,可用来识别线路故障。该方法原理简单,门槛值便于整定,对通信的要求较低,适合作为高压直流线路的后备保护。PSCAD/EMTDC仿真结果证明,该保护在不同故障位置、故障类型的条件下均能准确判别区内、外故障,并具有良好的耐受高阻故障能力。     

基于改进递归小波变换的超高压线路边界保护元件算法

在分析输电线路边界频率特性的基础上,提出了一种基于改进递归小波变换的超高压输电线路边界保护元件算法。采用改进递归小波变换分别提取高频和次高频2个不同中心频率的故障暂态电流分量,利用母线对地杂散电容和阻波器对高频暂态分量的衰减作用,根据2个不同频率分量的暂态能量比值来识别保护区内外的故障。采用PSCAD/ EMTDC对某500 kV超高压输电线路模型进行仿真,结果表明该算法基本不受故障位置、故障过渡电阻、故障类型和故障初始角的影响,能准确识别保护区内外故障。改进递归小波变换算法只采用历史数据信息,实时性好,计算量少,因此基于改进递归小波变换的超高压输电线路边界保护元件算法可提高计算速度,能够满足超高压输电系统高速保护的要求。     

基于故障暂态电流主频分量的矿山电网暂态保护

针对矿山电网提出一种基于故障暂态电流主频分量的保护方案。分析了井下6/10 kV配电线路的故障暂态电流主频频段,并在线路边界处并联通频带为该主频频段的带通滤波装置,利用该装置对通频带内暂态电流分量的衰减作用,强化区内、外故障时故障暂态电流主频频带内能量差异。利用PSCAD/EMTDC软件对所提方案进行仿真验证,并依据结果合理选择保护整定值。仿真结果表明:带通滤波装置使得区内、外故障暂态电流主频频带内能量产生了明显的差异;保护方案不易受故障类型、过渡电阻以及故障初相角的影响。     

配电线路暂态保护故障行波特征的研究

配电线路区内、外故障时暂态分量频谱能量差异不明显,使得暂态保护原理难以应用于配电线路单端保护。通过行波网格法分析了配电线路区内、外故障行波的传播规律及特点,提出在线路边界处并联接入适当通频带的带通滤波装置,以此强化区内、外故障时故障暂态电压频谱能量差异。PSCAD/EMTDC仿真和模拟试验结果表明：安装了带通滤波装置的配电线路区外故障时,通频带内的故障行波流经带通滤波装置后发生较大衰减;区内故障时故障行波未通过带通滤波装置而几乎没有衰减,区内、外故障时暂态电压分量频谱能量差异非常明显。利用这种差异可以准确区分区内、外故障,这为暂态保护原理在配电线路单端保护中的应用提供了有效的理论依据和解决方案。     

小电流单相接地故障选线方法研究

根据小电流接地系统发生单相接地故障时,暂态零序容性电流特征频段内故障线路暂态零序电流相位与非故障线路相反,提出了利用复小波变换提取该特征频段内相位信息,同时对特征频段内小波变换域进行了能量最大化选择的选线算法.通过在MATLAB中仿真分析验证,该算法不受过渡电阻、合闸角的影响,能够正确选择出故障线路.     

一种基于简化能量比的直流线路故障区间定位方法

高压直流输电线路及其边界对故障暂态信号高频分量都有明显的衰减作用,这一故障特征被广泛运用于暂态保护,且有研究显示,相较于线路边界,长线路对故障暂态高频分量的衰减作用可能更大,为避免这种情况引起的保护误动,目前常用的故障特征提取方式为利用不同尺度的小波变换获取暂态信号能量比。但基于小波变换的暂态保护存在算法相对复杂,基波选取模式不统一等问题。因此提出一种新的比值算法,针对故障暂态信号中的能量比,用全电流代替低频分量,简化了直流线路故障信息处理过程,由此设计出了新的直流线路故障定位方法,并且利用该判据可直接实现故障极判断。在MATLAB中进行了大量仿真验证,证明该保护算法可以正确反映出故障特征,逻辑简单,并且能够迅速可靠动作。     

基于多分辨率形态梯度的超高压线路暂态保护新原理

由于母线杂散电容和耦合电容对高频暂态电流的衰减作用,超高压线路发生区内、外故障时的暂态电流行波中高频分量的含量有所不同。利用多分辨形态梯度提取多个频段内暂态信号的谱能量构成新的单端暂态电流保护原理。大量的ATP仿真数据也表明：本方案在线路发生不同位置、不同过渡电阻、不同初始角等情况下的故障时都能准确、快速的放大并提取这种差异。     

基于暂态零序无功功率的小电流系统单相接地选线

根据小电流接地系统发生单相接地故障时,在特征频带(SFB)内馈线输入阻抗的相频特性呈容性的特点,利用小波变换提取此频带内的暂态零序电流分量及经Hilbert变换的暂态零序电压分量;采用小波分解后的尺度系数及小波系数求得暂态零序无功功率进行故障选线。经过大量的Matlab仿真测试表明:该选线方法能够准确识别单相接地故障线路,可靠性和灵敏性较高。     

基于暂态零序无功功率的小电流系统单相接地选线

根据小电流接地系统发生单相接地故障时,在特征频带(SFB)内馈线输入阻抗的相频特性呈容性的特点,利用小波变换提取此频带内的暂态零序电流分量及经Hilbert变换的暂态零序电压分量;采用小波分解后的尺度系数及小波系数求得暂态零序无功功率进行故障选线。经过大量的Matlab仿真测试表明:该选线方法能够准确识别单相接地故障线路,可靠性和灵敏性较高。     

计及分布式电源注入谐波的谐振接地系统故障选线方法

针对逆变型分布式电源接入的谐振接地系统发生单相接地故障时注入的低次谐波电流对故障特征的影响,以及在不同故障条件下暂态零序电流的主谐振频率和衰减振荡持续时间变化的特点,提出一种基于交叉小波变换的故障选线方法。该方法通过线路故障零序电流间的交叉小波变换求出高相关时频区域,并通过平稳性检验鉴别分布式电源注入谐波对交叉功率谱的影响,最终求出高相关时频窗。再对线路故障零序电流进行离散小波变换,在高相关时频窗中提取零序电流序列进行能量大小比较与相位验证,实现故障选线。该方法物理意义明确,可鉴别注入谐波电流的影响、抗干扰能力强。大量仿真结果表明,该方法选线准确可靠且适应性强。     

利用同步挤压小波变换的高压交直流混联系统交流线路暂态方向保护

大型交直流电网混联深度不断增大而呈现出的复杂故障特性,对故障识别与清除的快速性提出了更高要求。依据混联系统交流侧线路的故障暂态特征,该文提出一种暂态方向保护方法,比较正、反向电流暂态分量中的高频能量构成故障方向识别的判据。其中电流暂态分量的提取及其高频能量的表征经由新颖的同步挤压小波变换完成。在实际交直流混联系统参数建立的EMTDC仿真模型上进行大量测试,并且与传统连续小波变换相比较,结果显示所提暂态方向保护在不同故障初始相位角、故障类型、故障距离、故障过渡电阻以及不同线路长度下是可靠的,且灵敏度高,时间窗短,动作超高速。     

基于Hilbert能量幅值信息和波形信息的特高压直流输电线路单端保护方法

直流输电系统具有强非线性,采用叠加原理和小波变换算法的直流输电线路行波保护存在适应性问题;仅利用行波暂态量幅值信息的直流输电线路行波保护在线路末端故障时存在保护拒动的问题.针对此问题,提出一种特高压直流输电线路单端保护方法.通过研究特高压直流输电线路两端物理边界特性,推导出Hilbert能量波形信息与电压行波的关系式,得出物理边界对Hilbert能量波形具有平滑作用.分析物理边界元件和直流输电线路频率特性,发现物理边界元件和直流输电线路对暂态高频分量具有衰减作用,据此利用Hilbert能量表征高频分量衰减情况.直流输电线路区内、外故障时,暂态电压5～7kHz高频带Hilbert瞬时能量幅值和波形形状差异明显,利用标准差综合描述高频带Hilbert能量幅值信息和波形信息,构造直流输电线路故障识别判据.利用正、负极标准差之比构造故障选极判据,实现故障极全线速动保护.仿真结果表明,该保护方法能可靠区分直流线路区内、外故障,实现故障选极,保护特高压直流线路全长.     

基于小波包谱能量的母线差动保护

母线区外故障时,TA可能发生饱和,电流采样波形发生严重畸变,饱和的TA不能提供电流来平衡其他TA提供的电流而出现差动电流,微机母线保护装置有可能不正确判断故障位置。基于差电流在TA饱和时的特点提出了一种新型母线差动保护。该方案应用小波包对故障暂态分量差电流和故障暂态分量和电流进行变换,根据暂态信号中的几个特定频段的谱能量的平方和来实现区内、外故障的判定。大量的仿真结果表明,在不同故障时刻该方案能够正确地区分故障区间,提高了母差保护的灵敏度和可靠性,具有很强的实用价值。     

基于对称分量变换的暂态电流极性方向比较保护算法

研究了一种新的基于暂态电流极性比较的方向保护技术.使用对称分量变换对三相暂态电流行波信号进行解耦,然后用其电流模量小波变换后的模极大值极性关系,辨识区内或区外故障:线路内部故障时线路两端的电流模量小波变换模极大值极性相同,而线路外部故障时则相反.该算法用单一模量对各种故障类型都可以给出正确的结果,较好地克服了以往采用Clark变换和Karrenbauer变换使用单一模量情况下对某些故障不能正确反应等缺陷.EMTDC仿真实验证明了算法的可行性.