基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别

为提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统的直流线路故障处理能力,提出了一种基于暂态电流相关性的直流线路故障判别方法。直流线路发生区内、外故障时,直流线路两端的电容支路暂态电流与直流线路入口处暂态电流特征差异明显;利用Pearson相关系数来描述电容支路与线路入口处暂态电流的差异程度,直流线路故障的判别仅通过线路两端计算的暂态电流Pearson相关系数即可实现。该故障判别方法可克服非故障线路馈入电流的影响,适用于两端以及多端柔性直流输电系统。分析和仿真结果表明,该故障判别方法不受高频分量、数据同步、故障位置与类型、噪声干扰以及控制方式等因素的影响,能准确地识别直流线路区内、外故障,实现故障线路的选择。     

基于特定频率电流波形特征的高压直流线路故障判别方法

为提高高压直流线路故障判别的可靠性,提出了一种高压直流线路单端故障判别方法。通过分析直流滤波环节的阻抗特性,选取特征谐波电流,并分析其波形特征。直流线路区内、外故障时,特征谐波电流的波动特性差异明显,据此形成直流线路故障判据。利用方差值与均值之比,即波动系数来描述电流波形的波动大小。直流线路的故障判别仅需通过计算特征谐波电流的波动系数来实现。该故障判别方法原理简单、可靠,不受系统参数及干扰的影响。对比分析显示,该故障判别方法能有效克服传统故障判别方法中仅利用单次暂态谐波幅值和频带暂态电气量进行故障识别的可靠性低和易受干扰的缺陷,并在采用较少判据的情况下,仍具有较高的可靠性。大量仿真结果表明,该故障判别方法能可靠、快速地区分直流线路区内、外故障,且能实现故障选极。     

基于电流波形匹配的高压直流输电线路纵联保护

在分析直流线路两端特定频率电流波形特征的基础上,提出了一种新的直流输电线路纵联保护方案。对直流滤波器进行阻抗–频率特性分析,发现滤波器在特定频率点阻抗值接近于零,即滤波器对该频率电流具有良好的滤波效果,正常运行时直流线路两端特定频率电流几乎为零。故障时,由于系统阻抗特性改变,线路两端特定频率电流显著增加。通过对直流线路谐波等值网络进行分析,发现区内故障时,线路两端特定频率电流都由直流母线流向线路;整流侧区外故障时,直流线路整流端的特定频率电流由直流母线流向线路,而逆变端则由线路流向直流母线;逆变侧区外故障时,与整流侧区外故障情形相反。特定频率电流方向一致时波形匹配程度高,而当方向相反时,波形匹配程度低,利用该特征构成直流线路区内、外故障判据。针对现行直流线路电流差动保护的缺陷,提出了一种改进的直流线路后备保护方案。大量仿真结果表明,该保护方案原理简单,能可靠、准确识别直流线路区内、外故障,且具有较高的过渡电阻能力。     

基于测量阻抗拟合特征的MTDC电网直流线路纵联保护EI北大核心CSCD

多端柔性直流电网(multi-terminal flexible direct current,MTDC)复杂的故障暂态特性对直流线路保护的动作性能要求更高。该文基于MTDC电网故障暂态分析模型,通过推导区内、区外故障时测量阻抗的频域特征,揭示不同故障位置测量阻抗的差异。然后引入最小二乘法(leastsquare method,LSM),将线路两侧多频段的测量阻抗实际计算值与理论值拟合,利用两端拟合曲线的斜率构造高可靠性的直流线路纵联保护方案,并提出线路正负极低频功率比进行故障选极。仿真结果验证了理论分析的正确性,表明该方法能够灵敏、可靠、快速地识别区内外不同类型的故障,抗过渡电阻能力强,受噪声影响小,对系统参数变化具有较强的适应性。     

利用测量波阻抗相位特征的高压直流输电线路纵联保护

为提高直流线路后备保护的可靠性和速动性,提出了一种利用测量波阻抗相位特征差异的直流线路纵联保护方法。通过对直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的相位特征分析可知,在一定频率范围内,直流线路内部故障时,线路两端测量波阻抗相位约为–90?;在直流线路外部故障时,线路两端测量波阻抗相位分别接近–90?和0?。区内、外故障下线路两端测量波阻抗相位差异明显,据此可以实现对区内外故障的判别。由于区内外故障时测量波阻抗的相位特征仅与直流线路边界和线路波阻抗有关,与故障距离、过渡电阻和故障类型等因素无关,因此该保护方法的门槛值易于整定。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,该保护方法的动作性能不受故障距离、过渡电阻和故障类型的影响,具有良好的灵敏性和速动性。     

含边界元件的MMC-MTDC直流侧单端量故障辨识方法

直流侧故障辨识是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流输电(MTDC)系统急需解决的重大科学问题.分析直流线路的边界特性与极间耦合特性,提出一种基于单端暂态能量的故障辨识方法.通过区内、外故障的暂态特征以及方向元件,构建故障线路选择判据;并利用母线相连线路的方向元件和交流侧故障的暂态特性,构造母线故障识别判据;再根据两极低频电流差异,设计故障极判别判据.该方法能快速辨识直流侧故障,无需两端通信,能够满足MMC-MTDC系统对辨识方法速动性与选择性的要求.最后结合张北四端柔性直流系统的PSCAD仿真模型,验证了所提方法在不同的故障类型、故障位置和过渡电阻下均能准确检测到故障,且具备一定的抗过渡电阻能力.     

利用高低频电流幅值比的VSC-HVDC输电线路全线速动保护新原理

VSC-HVDC(voltage source converter HVDC)控制系统复杂,故障承受能力差,研究适用于VSC-HVDC系统的高性能保护十分必要。对VSC-HVDC直流输电系统结构及边界特性的分析发现,输电线路两侧的大电容,因其对高频信号呈现低阻抗的特性,使得输电线路区内、外故障时,直流线路两端保护安装处感受到的电流信号频率成分存在差异。利用此特点,提出一种仅利用单端电流量的VSC-HVDC输电线路全线速动保护新原理,该原理采用高、低频电流的幅值比来区分直流线路的区内、外故障,该比值在区外故障时小,区内故障时大。本原理能够实现区内、外故障的判别,对采样频率要求不高,动作速度快,受过渡电阻影响小。利用PSCAD进行故障分析,大量仿真结果表明,该原理能可靠区分直流输电线路的区内、外故障。     

基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理

特高压直流输电线路长、发生故障概率大,其常规纵联电流差动保护的快速性较差且耐受过渡电阻能力有限。相关系数可定量描述两个变量的变化趋势,且不受变化幅度影响。为此,首先立足直流线路故障暂态特性,利用两端电流和、差计算相关系数,构造了判据特征量。其次,基于判据特征量在区内、外故障的不同特性,计及直流输电系统控制特性,提出了纵联保护新原理。该原理无需电容电流补偿,耐受过渡电阻能力和快速性优于常规纵联电流差动保护;且对信道要求低,利于工程应用。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了新原理的有效性。     

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。     

用于高压直流输电线路的新型横差保护方法

为提高双极直流输电线路单端保护的可靠性和速动性,提出了一种基于特定频率电流的横差保护方法。首先,基于直流滤波环节的阻抗特性,选取特定频率电流;然后利用直流线路故障谐波计算模型,分析了直流线路区内、外故障时,直流分流器处特定频率电流及其横差值的特征。分析研究发现,区内故障时,可能出现的特定频率电流横差值的最小值明显大于区外故障时的特定频率电流横差值;利用该特征构造了直流线路区内、外故障判据;此外,还发现单极线路故障时,故障极线路分流器处特定频率电流比非故障极的大,利用该特征提出了一种故障选极方法。由于该保护方法采用600 Hz的频率电流作为保护判据,因此理论上2 k Hz的采样频率即可满足保护需求;该保护采用特定频率电流横差值实现故障判别,克服了传统仅利用单端暂态谐波电流幅值的保护无法区分线路末端和区外故障的缺陷。仿真结果表明,该保护方案能可靠地区分区内、外故障,实现故障类型判别,且在一定的不对称运行方式下同样适用。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

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。     

基于瞬时相位一致的电力线路故障分析方法

随着新型电力系统的建设,故障稳态分量愈来愈难以获取,因此提出了一种利用故障暂态数据的基于瞬时相位一致的电力线路故障分析方法。首先将线路两端的故障电流电压暂态数据进行正弦函数表示,计算线路沿线电气量。然后根据故障点处两端的计算电压瞬时相位一致条件构造判据函数,确定故障位置。针对故障接地过渡阻抗不为纯阻性和多相接地故障各相过渡电阻不相等的一般情况,考虑三种接地短路故障,利用过渡电阻上电压电流瞬时相位一致条件计算故障点过渡阻抗参数。通过仿真案例和现场实际案例的分析,对比其他故障定位方法,所提计算电压瞬时相位一致方法的故障定位精度显著增加,且具有更强的适用性。依据过渡电阻上电压电流瞬时相位一致条件,可有效计算不同类型的故障过渡阻抗参数。     

基于直流滤波环节暂态能量比的高压直流线路纵联保护

为克服传统高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐受过渡电阻能力有限等问题,提出一种基于线路边界两侧特定频带能量比值的纵联保护方案。以直流滤波器阻抗-频率特性为基础,对直流输电线路区内及区外故障分量附加网络进行理论分析发现:区内故障时,对于线路两端的任意一端,其边界线路侧特定频带能量大于边界阀侧的值,两者之比较大;整流端(逆变端)区外故障时,整流端(逆变端)边界线路侧特定频带能量小于边界阀侧的值,两者之比较小。据此,可判别区内、外故障。大量仿真结果表明,该保护方案计算量小,能够快速识别区内、外故障,可靠地保护了线路全长,且耐过渡电阻能力强、不受分布电容影响。     

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。     

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。     

基于特征能量函数的故障暂态量时频特征分析

基于故障暂态分量的线路保护不受系统震荡、过渡电阻等因素的影响,可满足超高压系统对保护速动性的要求。由于线路边界效应,线路在发生区内、外故障时,保护安装处的电流互感器TA检测到的故障电流中高频电流分量的含量会有所不同,差异集中体现在100 k Hz左右。首先采用模量变换对三相故障电流进行解耦处理,紧接着采用Db4正交基小波对模分量进行离散小波变换,最后基于小波能量理论,构造了特征能量函数来检测这一差异,提取出线路发生区内、外故障时暂态分量的时频特征,为基于故障暂态分量的线路保护提供新判据。在PSCAD/EMTDC中搭建模型,结果表明,该算法能快速提取出线路故障时暂态分量的时频特征,并能正确反应出线路的区内、外故障,同时实现故障测距。     

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。     

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。     

基于特征谐波测量阻抗的HVDC接地极线路保护新原理

针对高压直流输电系统接地极线路高阻、远端接地故障保护灵敏度低的问题,提出一种基于特征谐波测量阻抗的高压直流输电系统接地极线路保护新原理。首先,基于接地极系统等效电路,定义线路量测端测得的特征谐波电压与入线特征谐波电流之比为接地极线路特征谐波测量阻抗,并对接地极线路故障前后特征谐波测量阻抗的特征进行理论分析与推导。随后,在此基础上构造基于特征谐波测量阻抗幅值比的故障保护判据。通过PSCAD/EMTDC搭建的仿真模型,验证不同工况下保护判据的有效性和可靠性。仿真结果表明,该文所提的原理保护范围接近线路全长,具有较强的抗过渡电阻能力,且具有一定的抗噪声干扰能力。同时,该保护原理无需增加其他的硬件设备,具有良好的适用性和实用价值。