白鹤滩-江苏特高压混合直流输电线路行波保护适应性分析

为探究现有直流输电线路行波保护对白鹤滩-江苏特高压混合直流输电系统(简称：白江混合系统)的适应性,根据白江混合系统直流线路故障附加网络推导直流线路区内外故障时线路两端故障行波的边界传播特性。分析发现,直流线路正向区外故障后边界传播特性与传统直流系统存在差异。进一步分析行波保护判据的变化情况,表明行波保护判据主要受整流侧反射系数和逆变侧折射系数的影响。将白江混合系统与传统直流输电系统进行对比,发现当直流输电线路正向区外发生短路故障后,白江混合系统电压变化量、电压变化率、极波变化量和极波变化率比传统直流系统变化更大,导致行波保护误动风险增大。最后,基于PSCAD搭建白江混合系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于首行波曲率的柔性直流输电线路单端量保护

传统柔性直流输电线路行波保护存在高阻故障时灵敏度不足及拒动的问题.该文首先通过定量分析双极柔性直流输电线路故障时首行波在线路上的色散效应及在边界处的传播特性,推导了区内外故障首行波表达式,得到首行波弯曲程度与故障位置及过渡电阻的关系;其次,利用区内、外故障首行波曲率的显著差异构造故障识别判据,首行波解析式也为定值整定提供了理论依据;然后基于故障极与健全极电流故障分量积分比值实现故障选极,并结合雷击干扰识别判据,形成了完整的柔性直流输电线路单端量保护方案.最后,基于PSCAD/EMTDC进行了仿真分析.结果表明,所提方案能够快速、可靠地识别线路区内外故障,具有较强的抗过渡电阻能力.     

小步长采样的新型直流输电线路行波保护

为解决目前直流线路保护速动性和灵敏性难以同时满足的问题,提出了一种基于小步长采样的新型直流线路保护方案。新型保护以主流的行波保护理念为基础,保证了保护的速动性和实用性,通过使用小步长采样提高了保护的灵敏性。新型行波保护方案以电压变化率判据作为主判据,用于快速、灵敏的故障检测;以电压比判据和电压差判据作为辅助判据,用于保证在雷击线路和极间耦合情况下保护不发生误动作。在PSCAD/EMTDC环境下对新型波保护进行了仿真测试与分析,相关结果表明新型保护同时具有良好的速动性和灵敏性,并且具有较强的抗干扰能力。     

基于电流行波突变特性的多端柔性直流线路纵联保护

在柔性直流输电线路中,广泛应用行波保护作为主保护。但行波保护作为单端量保护,耐受过渡电阻能力有限。因此,针对高阻接地故障使得柔性直流输电线路主保护故障识别灵敏度降低问题,提出了一种基于电流行波突变特性的快速纵联保护方法。首先,通过分析线模电流行波在线路上的传播过程,推导出区内外故障时线路两端线模电流行波突变特征。然后,利用最小二乘法对线模电流行波拟合构造保护主判据,并结合启动判据、选极判据构成纵联保护方法。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建四端柔性直流电网模型进行仿真验证。仿真结果表明,所提出的保护方法能快速可靠识别区内外故障,能耐受300 过渡电阻和30 dB高斯白噪声,并且对采样频率和通信要求低。     

基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方法

故障后行波在故障点与线路终端间来回反射,形成的固有频率与故障距离有明确的数学关系。特高压直流(Ultra High Voltage Direct Current, UHVDC)输电线路的边界由平波电抗器和直流滤波器构成,与交流线路相比,线路故障后形成的行波固有频率更加清晰。基于此,提出了一种利用线路两端固有频率主成分特征的特高压直流输电线路纵联保护方案。根据电流变化率构造故障启动判据;用MUSIC方法对故障后的暂态电流数据进行频谱分析,利用区内外故障时线路两端固有频率特征差异构造保护判据;利用原始行波信号和解耦后行波信号提取的固有频率主成分构造选极判据,形成完整的基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方案。在PSCAD/EMTDC中建立特高压直流输电系统模型,并在不同故障工况下对该保护方案的适应性进行仿真。大量仿真结果表明,该保护方法在不同故障工况下均能可靠、快速动作,具有较好的适应性和实用价值。     

直流线路行波保护特征量动态特性与整定研究

现有的高压直流输电线路行波保护整定计算缺乏统一适用的方法,保护可靠性有待提高。采用基于EMTDC仿真计算的手段分析了直流线路行波保护各特征量(电压变化率、电压变化量以及电流变化量)在不同种类故障条件下以及非故障扰动条件下的动态响应特点及规律,进而研究了直流线路行波保护各判据所具有的基本功能及其相互间的逻辑关系。在此基础上提出了各判据进行整定计算所需边界条件的确定原则,从而形成了直流输电线路行波保护整定计算的基本方法。基于实际高压直流输电线路参数的行波保护整定算例验证了该整定计算方法具有良好的可靠性和灵敏性。     

高压直流输电线路保护分析

针对高压直流输电线路保护的特点,较全面的概述了直流线路故障特征以及直流线路故障的配置原理和直流线路保护动作顺序,比较分析了ABB公司和Siemens公司的行波保护判据,结合天广直流输电工程,采用MATLAB对天广直流输电工程中Siemens公司的行波保护进行仿真分析。     

高压直流输电线路保护分析

针对高压直流输电线路保护的特点,较全面的概述了直流线路故障特征以及直流线路故障的配置原理和直流线路保护动作顺序,比较分析了ABB公司和Siemens公司的行波保护判据,结合天广直流输电工程,采用MATLAB对天广直流输电工程中Siemens公司的行波保护进行仿真分析。     

基于希尔伯特-黄变换的高压直流线路行波保护

为了提高直流输电线路保护的动作可靠性和准确性,采用希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换分析了故障下行波波形,结合直流线路低电压等综合判据构成了一种直流输电行波保护新方案。该保护能利用对信号的经验模态分解更准确地提取故障行波特征,然后通过求行波信号高频固有模态函数分量的瞬时频谱分析提取故障特征、形成故障判据。该保护原理不但具有传统行波保护的所有优点,还具有抗干扰能力,可以用于捕捉直流输电线路故障时的行波头到达时间,对于直流输电故障定位具有一定实用价值。实际故障录波及仿真验证表明,该保护可以保证区内高阻接地正确动作.且在逆变侧交流短路故障或换相失败时不误动。     

VSC-HVDC直流电缆线路电流突变量极性纵联保护适用性研究

通过分析指出直流输电线路的电流突变特性保护与交流线路的行波电流极性保护本质上是一致的,利用电流突变量极性,结合突变量保护判据,可实现VSC-HVDC直流电缆线路纵联保护。针对该保护原理应用于VSC-HVDC直流电缆线路时存在的近端故障拒动、故障极选择等问题,进行了研究并给出解决措施。在PSCAD中搭建的VSC-HVDC系统上进行了仿真,输电线路模型采用频变参数电缆线路。仿真结果表明,该保护原理仅利用两端电流、所需采样率低、简单可靠、实用性强、具有绝对的选择性。     

基于小波变换的直流线路行波保护采样数值稳定性研究

高压直流输电系统由于输送容量大,输电距离远,在我国电力系统中起到越来越重要的作用。一旦直流输电线路发生故障,快速准确识别故障具有极其重要的意义。对小波变换的直流输电线路行波保护方案进行了研究,发现在10 kHz的采样率下,对同一行波不同的采样,可导致小波变换模极大值的波动范围达7倍以上,意味着采用离散采样进行保护整定有严重的数值稳定性问题。提出了多重采样方法,以采样重数为表征指标,获得了小波变换方法故障指标数值波动的可能范围,分析了数值波动概率分布情况,并获得了过渡电阻值对故障指标波动范围的影响。该研究方法和结论对于实际工程中的行波保护整定,具有较重要的参考意义。     

基于初始行波相位差的同杆双回输电线路故障识别

为提高行波保护的灵敏性和可靠性,提出一种基于初始电流行波相位比较的同杆双回线路快速保护新算法。基于S变换计算初始行波相位,通过分析同杆双回线路同端和对端上的初始电流行波相位关系构建保护判据。当内部单回线故障时,双回线路同一侧上电流行波相位近乎相反;内部同名相跨线接地故障时,线路同一侧上的电流行波相位近乎相同,同一条线路两端的电流行波相位近乎相同;区外故障时,两条线路同一侧的电流行波相位近乎相同,同一条线路两端的电流行波相位近乎相反。引入行波相位差的概念,通过分析电流行波相位差的变化特征识别同杆双回线路区内外故障。大量的仿真结果表明,该保护性能灵敏、可靠,动作速度快,判据简单,基本不受故障初始角、故障类型和过渡电阻等因素影响。     

基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流输电线路保护新方案

超导型故障限流器在柔性直流输电工程中能有效地限制故障电流的峰值和陡度,类比于传统高压直流输电系统的物理边界。将超导型故障限流器看作是柔性直流输电系统的边界,提出了一种基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流线路保护方案。该保护方案利用正极或负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量启动保护,利用两极线路的整流侧和逆变侧边界消耗的暂态谐波能量差辨别区内外故障,利用正、负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量之比进行故障选极。理论分析和仿真结果表明,该保护方案适用于各种工况,几乎不受过渡电阻和故障位置的影响,且对采样率要求低,具有重要的工程应用价值。     

适配柔直系统快速性及可靠性需求的雷击干扰识别方法

直流线路遭受雷击干扰易导致行波保护等灵敏性较高的主保护误动作。在主保护动作前,可靠区分雷击干扰和短路故障将有效提高主保护的安全性,保障直流系统的安全稳定运行。但对于柔直系统而言,现有雷击干扰识别方法动作速度不足,难以在主保护动作之前判定雷击/故障性质,且在因数据传输异常或噪声干扰条件下出现远偏离实际值的坏数据时,动作性能有待进一步提升。为此,提出了一种具有足够速动性及安全性的雷击干扰识别方法。首先揭示了反向线模电压行波的特征。然后根据所揭示的特征分别提出了基于小波熵相对变化率识别算法的判据以及一种结合中值滤波的线性拟合函数一次项系数大小的判据,二者协同工作实现不同雷击及故障叠加场景下雷击非故障场景的识别与主保护的闭锁,从而有效增强主保护的安全性。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,在短至1 ms的时窗内即可在全线范围内完成对雷击干扰的辨识,并具有良好的抗坏数据干扰能力。     

海上风电柔性直流送出线路的纵联保护方法

海上风电柔性直流送出系统常采用伪双极接线。当发生单极接地故障时,电流纵联保护不能可靠地区分区内、外故障。针对该问题,提出了一种适用于海上风电柔性直流送出线路的行波方向纵联保护方案。分析了伪双极直流系统的单极接地故障特征,提出了电流纵联保护在海上风电柔直送出线路的问题。基于行波原理,提出了不受暂态分布电容电流影响的保护方案。该方案利用线路两端的行波方向保护分别进行故障方向判断,然后通过方向纵联判断区内、外故障。PSCAD仿真验证了该方案能快速、可靠地识别故障,且具有较强的抗过渡电阻能力。     

渝鄂柔性直流工程接入对500 kV交流线路差动保护影响分析

渝鄂背靠背柔性直流工程投运后可提高相邻区域电网的稳定性,但引入的电力电子设备也将改变系统的故障特征,因此有必要对原有交流保护进行重新校验。在不同的直流输送容量、功率传输方向以及STATCOM无功支撑等运行方式下,分析了柔性直流侧注入交流短路点的故障电气量特性:正负序故障电流幅值受直流控制策略影响较大,正序故障电流幅值随电压跌落程度的加深而降低、负序故障电流被完全抑制,但零序故障电流未受影响。分析发现,交流故障穿越期间的有功电流限幅环节是影响柔性直流侧故障电流幅值大小的主要原因。随后,针对该故障特性可能会影响交流线路差动保护启动判据、降低保护动作速度甚至造成保护拒动的缺陷,提出了交流强故障侧指挥柔性直流弱故障侧并辅以电压减量判据的启动元件优化策略。最后,基于实际柔性直流工程的控制策略及参数,利用PASCAD/EMTDC软件搭建仿真模型验证了所提优化策略的有效性。     

基于LMD与Teager能量算子的VSC-HVDC输电线路故障定位

为保证电压源换流器型高压直流输电系统的可靠运行,克服传统高压直流输电行波定位具有易误动、受噪声影响大的缺点,提出了基于于局域均值分解(LMD)与Teager能量算子结合的故障定位新方法。通过Morlet小波时频分析确定了电压源换流器型直流输电,VSC-HVDC的边界特性,提出了基于PF分量能量比值的区内、外故障识别判据。利用故障极线路与非故障极线路中高频电流分量的差异构造了选极判据。对于区内故障将LMD与Teager能量算子结合进行故障测距。PSCAD仿真结果表明,该方法定位精度误差不超过0.124%且耐过渡电阻。通过增添噪声影响验证了该算法和判据的可靠性,故该方案可实现VSC-HVDC的全线、准确的故障定位。     

基于Hilbert-Huang变换的HVDC突变量方向纵联保护方法

高压直流输电线路的行波保护存在对装置采样率要求高及耐受过渡电阻能力差等问题。作为后备保护的纵联电流差动保护,为了防止线路分布电容等问题导致的误动,失去了速动性的优点,动作时间较长。利用HVDC线路发生区内外故障时,两端保护装置检测的电压和电流突变量的极性差异,提出基于Hilbert-Huang变换的突变量方向纵联保护方法。在分析不同故障时电压和电流突变量相位差别的基础上,采用Hilbert-Huang变换求取突变量相位差,识别两者的极性差异,进而判断故障发生的方向。基于PSCAD/EMTDC搭建了高压直流输电仿真模型,仿真结果表明,所提方法在各种故障情况下都能够实现保护的快速识别,可靠性高,且受过渡电阻的影响较小。     

张北柔直电网金属回线故障监测研究

±500 kV张北柔直电网金属回线正常时无压,有单回、双回同杆并架2种线路形式,在单、双回线连接处波阻抗存在不连续问题,常规方法难以满足金属回线故障监测的需求。文中分析了张北柔直电网金属回线的波阻抗及行波折反射特点,提出了基于差模时域反射法的故障监测系统方案和波形比较分析方法,通过施加差模量脉冲信号实现故障监测,通过波形比较法消除线路波阻抗不连续引起的行波反射,并凸显故障点特征。仿真和现场试验表明,该系统及方法能适应张北柔直电网金属回线的工况,可以克服线路波阻抗不连续的问题,故障监测具有较高的可靠性和灵敏度,测距精度优于300 m。     

基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案

纵差保护作为高压直流线路后备保护,需设置较长延时躲过区外故障时分布电容电流的影响。为提高纵联保护性能,提出一种基于反行波差值的纵联保护原理。区内故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波不满足线路的传输函数;区外故障时,远离故障侧的反行波与近故障侧的前行波满足线路的传输函数。因此根据传输函数与近故障侧前行波计算远故障侧反行波,并将计算所得的反行波与实际反行波比较,识别区内、外故障。在PSCAD/EMTDC中对所提方案进行了验证,仿真结果表明,不同故障情况下保护方案均能快速、可靠地识别故障,并具有良好的耐受高阻能力。