基于零模电流相关性的直流配电网单极接地选线方法

柔性直流配电系统最常见的故障是单极接地故障。发生单极接地故障后,系统出现故障极与非故障极电压不平衡的现象,对系统安全稳定运行产生威胁,对保护方案的快速性和可靠性提出很高要求。针对此问题,首先分析了柔性直流配电系统线路发生单极接地故障后的故障电流特征,然后验证了故障时线路两端零模电流分量的相关性,最后提出基于线路两端零模电流量相关性的柔性直流配电系统单极接地选线方案。该保护方案充分利用故障后系统固有暂态特征,无需利用边界元件构造边界特性。在实时数字仿真器(Real Time Digital simulator, RTDS)上搭建基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的柔性直流配电系统电磁仿真模型验证所述方案的有效性。结果表明该选线方案能够实现快速、可靠识别故障线路,且耐受过渡电阻、噪声、传输延时的能力强,不受交流侧故障影响。     

基于线路电流二阶导数的中压直流系统故障识别方法

直流线路故障的快速有效识别是基于电压源型换流器的中压直流配电系统发展的关键技术之一。直流线路故障电流上升十分迅速,系统中电力电子器件过载能力小。因此以串入直流线路限流电感的中压直流配电系统为基础,分析直流系统的故障特性,在此基础上提出基于线路电流二阶导数的中压直流配电系统直流线路故障快速识别方案。该方案能够实现故障侧、故障类型及故障线路极性的快速识别,进而实现对线路的保护。最后基于Matlab验证了所提故障检测方案的有效性,并与基于线路电流一阶导数的故障检测方案进行了对比。仿真结果表明所提方法在故障电阻、故障距离及负载发生变化的情况下仍可实现直流线路故障的快速准确检测,且相比基于线路电流一阶导数的直流线路故障检测方案具有更好的选择性。     

基于控制与保护协同的直流配电系统单极接地故障保护策略

随着电力电子技术的发展,柔性直流配电系统逐渐成为研究热点。单极接地故障是直流配电系统中最为常见的故障类型,当交流侧通过高阻接地时,直流侧发生单极接地故障后,故障电流变化不明显,难以准确定位。文中提出了基于控制与保护协同的双端直流配电系统单极接地故障保护策略,通过就地检测交流接地支路电流微分判断故障发生,进而快速投切交流接地支路上并联的小电阻。相比于传统的差动保护方法,所提方法省去了通信时间,有效提高了保护的快速性。同时,根据保护可靠性的要求,优选了并联小电阻的阻值。最后,在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,验证了所提保护策略的可靠性和快速性。     

基于电流相关性的直流线路单极故障保护方案

目前,柔性直流配电网得到快速发展,但其直流线路保护方案还不成熟,特别是基于模块化多电平换流器（modular multi-level converter,MMC）的直流配电系统,单极接地故障时故障电流不明显,给故障识别增加了难度。针对这一问题,考虑直流线路的分布电容效应,提出一种采用Pearson相关系数计算正负极电流相关性的单极接地故障识别方法。区内故障时,线路每端的正极电流与负极电流均呈强正相关特性,而区外故障时,靠近故障端的线路正负极电流正线性相关性较差。以直流电压变化率作为故障识别启动判据,给出具体的单极接地故障保护方案。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了光伏直流接入系统仿真模型并进行了验证,结果表明：该方案可快速、可靠地识别区内外故障,并具有一定耐受过渡电阻的能力。     

基于高阻并联避雷器接地方式的柔性直流配电网保护方法

针对柔性中压直流配电网系统直流线路单极接地故障检测困难的问题,提出一种高阻并联避雷器接地的新型接地方式及其包含自适应放大系数的保护策略。首先讨论了现有的柔性直流配电网接地方式的优缺点,提出了基于联结变压器中性点经高阻并联避雷器的新型接地方式。然后通过理论推导分析了新型接地方式在交直流侧接地故障下的过电压机理和故障特征,根据不同故障下的电压电流特性,提出了相应的直流线路保护策略,实现了差动保护在直流配电网发生故障时准确快速地进行故障识别和故障选线。最后以仿真实例验证了新型接地方式的有效性和所提出的保护方法的可靠性。     

基于暂态电流波形斜率的中压柔性直流配电线路故障定位方法

为了提高中压柔性直流配电网的安全稳定运行能力,提出了一种基于暂态电流波形斜率的中压柔性直流配电线路故障定位新方法。通过分析时域内的单极接地短路故障、双极短路故障暂态特性,发现不同故障类型下暂态电流突变点的波形切线斜率不受电容放电形式的影响,暂态电流波形切线斜率与故障点位置构呈反比例型函数关系。利用正、负极电压梯度判别故障类型与故障极,针对不同故障类型,利用线路两端故障暂态电流波形的切线斜率求解故障距离。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性与准确性,其能够在不同故障类型、不同故障距离、不同过渡电阻的情况下精确定位故障点位置。     

柔性直流配电系统线路保护与定值整定

目前,随着电力电子技术的逐渐成熟,柔性直流系统受到广泛关注。作为柔性直流配电系统发展的关键技术,保护所面临的主要挑战是如何利用受限和持续过程极短的故障电流可靠识别和快速隔离故障。文中针对基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配电系统,分析了直流线路发生单极接地故障、双极短路故障以及断线故障时的故障特性,提出直流线路的保护方案。同时依据继电保护对四性的要求以及各保护之间的配合关系,确定保护动作的边界条件,反推出保护定值的合理范围,最终形成直流保护定值整定原则和整定计算方法,为实际工程中的保护设计和应用提供了参考。最后,在PSCAD仿真平台搭建仿真模型,仿真结果验证了保护方案的可行性以及保护定值整定的合理性。     

基于时域加权特征的柔性直流配电线路保护方案

针对目前柔性直流配电线路保护所存在的问题，尤其是保护方案耐受高阻故障能力较弱的问题，该文通过分析区内金属性故障、经过渡电阻故障与区外故障电压特征，对一定时间窗内的电流变化量、电压变化量进行时域加权提取区内外故障差异，利用电流、电压时域加权量构造保护判据。在此基础上，提出了一种基于单端电气量时域加权特征的柔性直流配电线路保护方案。仿真结果表明，该方案能在0.3ms内可靠识别区内金属性故障，0.4ms内可靠识别区内高阻故障(过渡电阻达20Ω)。该方案不受系统运行方式影响，对采样频率的要求不高，工程实用性强。     

单端量行波保护在中压柔性直流配电网的适应性分析

为了研究单端量行波保护原理在中压柔性直流配电网的适应性,首先通过对单端量行波保护的原理分析,得出其最佳应用条件。结合柔性直流配电线路的故障特征进行理论分析,从而得到行波保护在直流配电网中适应性的一般结论;然后搭建中压柔性直流配电网的电磁暂态模型并进行仿真,并与通过理论分析得到的结论进行了比较分析。研究结果表明,单端量行波保护能够适用于中压柔性直流配电线路的保护,且动作性能良好。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于直流断路器动作响应的环状柔性直流配电网后备保护方案EI北大核心CSCD

直流配电网由于供电能力强、线路损耗小、电能质量高等优点,已经成为未来配电网的发展趋势。柔性直流换流器过载能力差,且直流线路故障时,换流器直流侧电容向故障点提供数值很大的放电电流,对环状直流配电网继电保护的快速性和选择性提出了极高的要求。此外,一方面直流故障电流分断困难,技术尚不成熟,直流断路器存在拒动风险;另一方面,即使换流器闭锁后,仍然需要继电保护识别故障位置并采取故障隔离措施,以保障重启动和恢复过程的顺利进行,因此环状直流配电网的后备保护也应得到足够的重视。提出一种基于直流断路器动作响应的环状柔性直流配电网后备保护方案,分析了直流故障线路一侧断路器拒动情况下,相邻非故障线路上限流电抗器的电压变化特性,提出基于直流电流二阶变化率的故障识别判据和故障隔离方案;其次,分别考虑了高阻故障和故障线路两端直流断路器非同期分断等问题,提出基于直流电流一阶变化率的辅助判据和基于电流二阶变化率数值和方向的闭锁判据,以提升后备保护方案的整体性能;最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建电磁暂态仿真模型,验证了所提方案的有效性,结果表明:该方案动作无需通信,耐过渡电阻能力强,不受交流侧故障影响,能够在直流断路器动作后快速启动并为柔性环状直流配电网提供有效的后备保护。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

高渗透率光伏发电的直流微电网故障穿越控制策略研究

为使直流微电网具备一定的故障穿越能力,考虑增强系统对直流母线电压的调节能力,提出了基于电池储能的故障穿越方案。引入基于非线性扰动观测的前馈项,设计了基于储能单元改进下垂控制的直流微电网故障穿越控制策略。这种控制策略可以有效抑制直流母线电压波动,缩短电压调节时间,使直流母线电压保持在安全运行范围内,从而实现直流微电网在直流支路短路故障下的故障穿越。最后在Simulink中搭建有高渗透率光伏发电的直流微电网仿真模型,对所提出的方案和所设计的故障穿越控制策略进行验证。     

适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑

为提高多端直流电网在直流故障下的运行可靠性,同时降低对直流断路器分断能力的要求,提出了一种适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑,当电网出现过电流时预先将限流回路投入,并根据故障检测结果决定切除故障线路或恢复正常运行。该拓扑使用辅助电容和半控型器件晶闸管实现了限流电感的快速投切与故障电流快速切除,能有效抑制故障电流,并具备一定的经济性。为验证所提拓扑在预限流和快速分断方面的可行性,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端直流电网仿真模型,并通过仿真结果验证了所提拓扑在抑制故障电流、隔离故障线路方面的有效性。     

基于断路器动作时序的双极性直流微电网保护方案

含电压平衡器的双极性直流微电网能够实现多电压等级的负荷供电,应用前景广泛,但仍缺乏相应的直流馈线故障隔离与定位方案。为此,引入故障场景下的选极可靠系数,建立了直流馈线单极和极间短路故障灵敏检测判据,并通过电源出口断路器的快速跳闸和并网变流器出口断路器的延时跳闸相互配合,实现了故障元件准确隔离和故障区段精准定位。最后,改进了直流微电网多储能DC-DC变流器的电压控制策略,由此形成了应对直流馈线故障的完整保护方案。PSCAD仿真结果表明,所提方案能够实现不同直流馈线故障的可靠辨识与区段定位,结合相应控制策略可显著提高单极故障下非故障极的运行稳定性和供电连续性,且经济性较优。     

多端直流系统分区协调保护策略

针对多端直流系统的故障保护问题,首先分析了直流故障特性及多端直流系统保护难点,总结了现有多端直流系统故障保护方法。然后,基于一种典型的多端直流系统拓扑结构,以使用最少数量直流断路器为目标,提出了多端直流系统区域保护划分原则和分区保护策略。该方法将直流故障区域通过直流断路器与非故障区域进行隔离,从而使非故障区域可以继续维持正常运行,而故障区域则通过换流站交流侧断路器和直流侧开关进行保护和隔离。最后,通过MATLAB/Simulink仿真平台建模及仿真分析,验证了多端直流系统分区保护的有效性和经济性。     

直流故障引起的线路保护误动作事件分析

直流系统的可靠对于变电站的安全运行至关重要。文中针对一起区外故障下线路保护动作事件,阐述了该故障分析思路和排查方法,通过对直流监测系统动作信息、保护录波图进行分析,确定故障原因是由于单个蓄电池内部故障引发的故障范围扩大,最后针对存在的缺陷提出了整改和防范措施。     

MMC-HVDC直流极保护对启动过程故障的适应性研究

目前国内外对基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)直流极保护原理与保护定值的研究均针对系统正常运行方式,鲜有针对启动过程的适应性分析。对MMC-HVDC系统启动动态过程进行了理论描述,详细分析了启动过程发生直流双极短路与单极接地故障时的故障特性。针对MMC-HVDC系统典型直流极保护,研究了启动过程故障与正常运行阶段故障时保护特征量的差异以及典型保护对启动过程故障的适应性。基于MMC-HVDC的详细电磁暂态模型,仿真启动过程和正常运行阶段发生双极短路与单极接地故障,验证了启动过程故障特性分析及典型保护对启动过程适应性分析的正确性,并对保护整定计算提出了新的建议。     

高压直流监视与故障诊断主站系统的研发与应用

目前国内现有的故障信息管理主站或二次设备在线监视与分析应用系统,都只是具备交流二次设备(保护和录波装置)的运行情况监视和分析,还不具备对高压直流的二次设备监视和故障诊断分析的能力。为此,设计和研发了一套高压直流二次设备监视与故障诊断主站系统,详细介绍了该系统的软硬件结构、直流二次设备建模以及各主要功能模块的实现方案。经现场运行情况表明,该主站系统可以在直流输电系统运行过程中发生故障和不正常运行情况下,快速准确获知直流保护动作情况和直流故障情况,并及时把相关故障信息推送给上级调度中心。     

一起220kV变电站直流系统接地故障的分析

阐述了对一起220kV变电站直流系统复杂接地故障的查找,并作了理论分析,对该站现有直流系统存在问题提出了解决方法,最后就此次查找留下几点思考。     

基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略

直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分.直流系统故障时,冲击电流上升速度快,可供保护获取的数据信息极少,严重影响直流保护的故障诊断.将电力电子变流器的故障控制与保护相结合,提出了一种基于主动探测的直流微电网故障区段辨识与快速恢复策略,通过增加AC-DC变流器的故障控制模块,使其具有主动注入短路电流的能力,进一步协同直流保护装置,实现对故障位置的准确识别和快速隔离.同时,各变流器还能基于本地电压和探测电流信息自动诊断故障消除情况,以快速恢复系统运行.基于实时数字仿真平台的仿真结果表明,所提策略能够在故障发生后100 ms内完成故障定位与隔离,大幅降低了对系统供电的影响,具有一定的工程应用价值.