集中式光伏并网输电线路的故障暂态分析与保护

集中式光伏并网输电线路发生故障时,光伏侧的故障暂态过程与系统侧完全不同,导致传统工频量保护动作性能下降。为提高保护动作的可靠性,分析了集中式光伏并网输电线路光伏侧短路电流的故障特征,推导了光伏侧短路电流三个不同阶段的近似解析表达式,并详细分析其功率控制暂态过程的变化特征。发现光伏侧的暂态电流为非旋转量,与系统侧衰减旋转量的波形特征截然不同。基于此特性,提出了一种基于暂态电流波形相关性的纵联保护方法。仿真结果表明所提保护方案在各种故障类型和不同的过渡电阻下均能可靠动作,有望提高光伏并网输电线路的安全运行能力。     

逆变型电源对距离保护的影响机理分析

新能源电源接入使得电网故障特征发生根本性改变,传统继电保护应用于新能源接入系统时存在适应性问题。针对工频量距离保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性问题,推导了典型低穿控制策略下逆变型电源短路电流表达式,分析了短路电流幅值和相角特性及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生各类短路故障时两侧工频量距离保护在不同阻抗继电器接线方式下的动作性能。研究结果表明,逆变型电源短路电流幅值受限和相角受控使得场站侧工频量距离保护容易出现不正确动作、系统侧工频量距离保护能更加可靠地动作,该结论不受阻抗继电器接线方式影响。基于RTDS的仿真结果验证了理论分析的正确性。     

光伏电站弱电源特性对送出线路继电保护的影响

光伏电站的弱电源特性会对送出线路现有继电保护的动作性能产生严重影响。研究了光伏发电系统的故障电流特征,分析了弱电源特性对送出线路电流差动保护和距离保护动作性能的影响,基于此指出现有保护配置存在的问题。利用PSCAD上搭建的光伏发电系统电磁暂态模型对理论分析进行仿真验证。理论分析和仿真验证结果都表明,光伏电站弱电源特性会造成送出线路的光伏侧电流保护不能启动、差动电流保护灵敏度下降以及距离保护误动和拒动。最后给出了光伏电站送出线路保护配置的建议。     

风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响

为了进一步掌握风力发电系统短路故障特征并分析其对继电保护的影响,建立了双馈和直驱风电系统电磁暂态模型。通过电磁暂态仿真研究了风电系统短路电流及系统正负序阻抗的特征,得出了风电系统提供短路电流能力较常规电源弱和风电系统正负序阻抗不一致且随时间波动的结论。研究了常用输电线路继电保护原理对风力发电系统的适应性,得出了输电线路距离保护和选相元件受风力发电系统故障特征影响较大,可能发生不正确动作的结论。利用现场录波数据验证了故障特征及保护适应行分析的正确性,相关结论对继电保护的配置具有一定的借鉴意义。     

基于小波多尺度分析的输电线路直击雷暂态识别

研究和识别输电线路直击雷的暂态特征对研制基于暂态量的保护及提高其可靠性都具有十分重要的意义。该文首先从保护的角度对输电线路各类直击雷的特点进行深入的研究分析；通过小波变换对输电线路直击雷、短路故障等暂态信号的多分辨率分析，发现其暂态电流附加分量的能量分布特点反映了对应暂态过程的内在特征，可用以构成判据实现输电线路非故障性雷击暂态的准确、可靠识别，从而大大提高保护的抗雷电干扰能力。大量EMTP仿真计算验证了所提方法是正确、有效的。     

考虑过渡电阻影响的柔性直流配电系统电流突变量保护

柔性直流配电系统中,直流故障下,其换流器自身保护的闭锁速度快,有效故障信息极少,系统保护需要高速检测故障。基于有限的故障暂态信号,研究快速、准确识别故障区域的保护是直流配电系统发展的迫切需求。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统的暂态量保护。利用直流双极短路故障后的直流电流波形变化特征,计算电流波形曲率并以此为判据,与电流突变量(di/dt)算法相结合,实现不同过渡电阻故障的快速、可靠识别。该保护基于本地测量实现直流线路保护,计算量小,解决了传统电流突变量保护受过渡电阻故障影响无法正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建精细化多端柔性直流配电系统仿真模型,验证了所提出的电流波形曲率保护方法的动作性能,保障了直流配电系统的安全可靠运行。     

基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护

新能源电源通过变流器并网,其短路电流受控制策略影响而呈现幅值受限、频率为非工频、相角受控等特性,导致传统工频量保护动作性能下降、甚至出现误拒动。提出了一种适用于新能源场站送出线路的主保护原理,以保证新能源电力系统安全可靠运行。分析了同步发电机和各类新能源电源故障暂态电流波形特征,获知送出线路区内、外故障时两侧暂态电流波形相关性存在明显差异,进而提出了基于波形相关性的纵联保护新原理,利用相关系数度量波形相关性并构造了动作判据。仿真结果表明所提保护能够可靠、灵敏地识别送出线路区内、外各种类型短路故障,数据窗长仅为10ms,耐受过渡电阻和噪声的能力强,采用常规采样频率即可,容易推广应用。录波数据验证了所提保护有效性。     

光伏电站接入对送出线路继电保护的影响张东明;连婷;王东;贾中义;任华;王海云;1-4

针对大量光伏电站接入电网,重点从光伏电站的电源特性对现有继电保护的动作特性方面展开研究。在综合稳定程序(PSASP)中建立了光伏电站系统暂态模型以及送出线路模型,分析了光伏电站发电系统的故障电流特征。在此基础上分析了光伏电站发电系统对送出线路光伏侧继电保护动作特性的影响,并提出了相应的保护配置建议。为分析和预测在现有大系统中增加光伏发电系统后对电网的影响等提供了有力的技术支持。     

集中式光伏电站汇集系统故障分析与保护方案

为解决现有集中式光伏电站阶段式电流保护存在的拒动或误动问题,文中建立了集中式光伏电站升压入网仿真模型,结合逆变器的控制目标及光伏自身的输出特性,推导光伏侧提供的稳态短路电流解析表达式。在此基础上,逐一分析架空线路、汇集电缆、集电线路发生故障时,传统故障分析与保护方案的适应性。针对架空线路故障时原后备保护不足的问题,提出下游汇集站侧距离保护代替原阶段式电流保护的方案;对现有保护方案难以区分集电线路故障与汇集电缆故障的问题,提出基于熔断器配合的反时限保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提保护方案对常见故障类型均能可靠动作。     

基于自定义差分电流的MMC-HVDC输电线路纵联保护

为可靠检测模块化多电平换流器型高压直流(MMC-HVDC)输电线路故障并实现故障选极,提出一种纵联保护新原理。基于MMC-HVDC系统自身特点,综合使用两端换流站不同极线路电压量和电流量构造保护特征量——自定义差分电流。分析研究表明,直流侧故障时的自定义差分电流绝对值明显大于系统正常运行和交流侧故障时的自定义差分电流绝对值;直流侧正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障时自定义差分电流正负性不同。根据此特征,构造纵联保护判据来识别直流侧故障并完成故障选极。仿真结果表明,该原理在一定故障条件下可快速可靠地识别直流线路故障并实现故障选极。     

换流站直流滤波器短路故障特征分析

介绍了±500kV换流站在双极大地运行方式下直流滤波器不同位置发生短路故障时的故障特征,结合两起现场实例,分析了直流滤波器电容器组桥臂发生接地短路、直流滤波器高压侧电流互感器与高压侧刀闸间引线发生接地短路的暂态波形、保护动作原因等,最后总结了直流滤波器常见短路故障的故障特征和保护动作情况。     

一种基于HHT的光伏并网发电系统保护方法

当光伏发电系统所连电网发生短路故障时,光伏电源的故障电流会发生暂态突变,但由于逆变器控制电路的保护作用,短路电流的幅值较小,因而传统的保护方法对光伏并网发电系统不一定适用。为寻求适合光伏并网发电系统的保护方法,建立了基于PSCAD/EMTDC的光伏并网发电系统仿真模型,对其短路电流的特性进行了仿真分析,利用希尔伯特-黄变换(HHT)对故障电流的波形进行分解,提出一种基于HHT的光伏并网发电系统保护方法,并进行了算例分析。结果表明,在含有光伏发电的电网发生短路故障时,该保护方法具有一定的有效性和可行性。     

光伏场站送出线路采样值差动保护的谐波影响分析及改进

光伏场站通过逆变器并网,受逆变器控制策略影响,当送出线路故障时光伏场站提供的短路电流中谐波含量明显高于系统侧,其中又以3次谐波含量最高.通过对场站侧短路电流中含有3次谐波、系统侧短路电流不含3次谐波的模型进行定量分析,发现3次谐波对送出线路的采样值差动保护产生了极为不利的影响,导致采样值差动保护的固有模糊区显著增大,从...     

基于暂态电流突变量的直流配电系统快速纵联保护新原理

文章深入分析了系统电容的放电特性和过渡电阻对直流配电系统极间短路故障特征的影响,在深入挖掘故障特征的基础上,提出了一种基于线路暂态电流突变量的纵联保护新原理。该方法利用线路首末端故障前后暂态电流的变化量来隔离故障线路,能够适用于单端电源系统,尤其适用于双端或多端电源系统,保护原理的速动性不受过渡电阻和系统运行方式的影响,具有很强的适应性。最后,在10k V辐射型直流配电系统中对该方法进行了验证,仿真验证结果表明,在考虑启动元件、断路器动作时间以及通信等因素的情况下,该方法可以在1ms左右切除线路故障,满足系统对保护快速性和抗过渡电阻性能的要求。     

电流差动保护在柔直接入的交流电网中适应性 分析及改进措施研究

为适应新能源规模化接入电网,柔性直流输电技术应用日益广泛,我国电网已初步成为交直流混联电网。交流系统发生故障时,柔直系统提供短路电流的特征与传统同步发电机相比发生显著变化。首先分析故障特征的变化,柔直侧由于故障电流幅值受限,且负序阻抗无穷大,导致故障电流的幅值和相角与交流侧不同。分析了输电线路电流差动保护由于区内故障时两侧电流夹角增大,导致电流差动保护的动作量减少、制动量增加,导致灵敏度下降甚至拒动。在此基础上,提出了差动保护判据的改进方案：分别利用零序电流、负序电流和正序电流突变量构成辅助判据,提高区内接地故障和相间短路时电流差动保护的灵敏度,从而提高了差动保护在含柔直接入交流电网中动作的可靠性。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性。     

±800 kV特高压直流线路暂态保护

在对±800 kV特高压直流系统的线路故障、区外故障、雷击等暂态过程的暂态特征进行理论研究的基础上,利用小波变换对各种暂态电压进行了多尺度分析,分析结果表明,暂态电压故障分量的谱能量分布特点揭示了对应暂态过程的内在特征,利用这些特征构成暂态保护判据可以可靠地识别直流线路故障;通过PSCAD/EMTDC的大量仿真计算,验证该原理可靠性高、动作速度快,满足特高压直流线路保护快速、灵敏、可靠的要求.     

基于MMC的两端TWBS-HVDC直流侧短路故障电流计算方法

基于三线双极结构的高压直流(TWBS-HVDC)输电系统能够较大程度地发挥直流线路的输电能力,是一种实现交改直和线路增容改造的有效方式。针对TWBS-HVDC系统与双极直流系统在接线形式上的差异,文中提出了一种适用于两端TWBS-HVDC的直流侧短路故障电流计算方法。首先基于模块化多电平换流器(MMC)暂态等效电路建立两端TWBS-HVDC在不同直流侧故障发生至线路直流断路器动作阶段的暂态等效模型。以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准,将所有直流故障归纳为3类,分析推导各类故障下的状态方程,通过求解状态方程中系数矩阵的特征值和特征向量得到故障电流解析表达式。最后在MATLAB/Simulink数字仿真平台中,搭建两端TWBS-HVDC模型进行仿真验证,结果验证了所提TWBS-HVDC直流侧短路故障状态方程求解法的准确性和有效性,为直流断路器选型和限流电抗器参数整定提供了可靠依据。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

基于多方向元件的串补线路协同保护新方法

串补线路故障特征的复杂性加大了保护装置可靠动作的难度,为提高串补系统保护可靠性,提出一种多方向元件相互配合的串补线路方向保护方案。该方案利用负序电流值及故障前后的测量电流相位差判断故障类型,针对不对称短路、三相短路及负荷变动分别采用负序、工频方向及突变量电压电流相角差判断保护装置是否动作。PSCAD仿真表明,在系统发生电压反向、电流反向、经过渡电阻接地以及负荷变化等情况下该保护方案均可准确判断故障位置,从而使保护装置正确跳闸。同时,该方案不受MOV不同导通状态的影响,具有较好的保护性能。     

大型光伏电站汇集系统的故障特性及其线路保护

集中式与分布式光伏系统在拓扑和控制上的显著区别,造成两者故障特性的不同,导致现有含分布式光伏的配电网故障分析方法和保护原理在集中式光伏电站汇集系统中无法适用。为此,针对广泛应用于集中式光伏逆变器中的正负序双同步旋转坐标系电流控制器,计及直流侧光伏电池板电源特性影响,推导出不同控制目标下故障电流统一表达式。在此基础上,结合现场短路试验数据,考察850 MW大型光伏电站内35 k V汇集线路的电流保护性能,证明架空线下游电流保护存在不能正确动作现象,同时提出距离保护新配置方案。在PSCAD/EMTDC中搭建光伏电磁暂态详细模型并利用现场实测数据验证了模型的正确性,大量仿真实例证明了新保护配置的有效性。研究结果为大型光伏电站汇集系统保护配置提供参考。