基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

直流故障的快速可靠识别是多端柔性直流电网亟须突破的关键技术之一。基于线路边界元件直流电抗器的特征,提出了一种新型的多端柔性直流电网线路边界保护方案。利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,实现故障线路的快速识别;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。该方案仅通过单端直流电抗器的电压即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通信。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建三端柔性直流电网模型,仿真结果验证了该保护方案在不同直流故障和运行情况下的有效性。     

故障自清除型直流配电网新型双极短路故障元件识别方法

直流配电网内故障元件的快速、可靠识别及准确隔离是直流配电网的技术难点之一。针对故障自清除型换流器结合快速隔离开关的直流配电方式,该文提出一种无需检测线路两端电气量的故障元件识别方法。研究了基于网络结构及母线电气量的母线虚拟电压计算方法;利用母线虚拟电压在不同故障位置时的差异,研究直流线路故障的快速识别及定位方法,并提出利用换流器内子模块投切选择实现母线故障与线路端部故障的辅助识别方法。该故障元件识别方法仅利用换流器出口电流和母线电压实现全配电网的故障元件快速识别,而无需测量线路两端电气量,且不受配电网结构限制,兼顾了经济性和可靠性。     

基于单端量的柔性直流电网故障识别方案

直流线路故障的快速、可靠识别是基于架空线路的大容量、高电压柔性直流输电系统发展的关键技术之一,因而分析了模块化多电平换流器型高压直流系统直流线路短路故障后线路两端限流电抗器上的电压变化情况,提出了一套仅利用单端暂态量的柔性直流电网故障识别方案。该方案利用低压作为启动判据,利用限流电抗器上的电压变化率大小和极性确定故障区间,利用检测到的零模故障分量的多少确定故障极。在PSCAD搭建了张北四端柔性直流电网仿真模型,并考虑混合式直流断路器动作过程、过渡电阻、限流电抗器和桥臂电抗器大小等对保护方案性能的影响。仿真结果表明：所提出的保护方案能在各种情况下快速、准确识别故障,且无需通信,无需复杂的数据处理和分析,数据采样频率要求低,满足柔性直流输电系统对保护的要求。     

一种基于改进阻抗法的直流微网故障定位方法

直流配电网故障定位是排查故障、保障线路安全和保证供电质量的关键。文中研究了现今直流微网中的故障定位技术,在基于电压源换流器的直流微网中分析了单极故障和极间短路故障时的故障响应特性,提出了一种利用换流器出口侧电容放电过程,提取其中的故障电压电流信息计算线路电感值从而确定出故障位置的新方法。根据电压关系将故障过程分段,利用暂态电流的变化率进行故障选线,再根据故障电路的二阶响应过程,确定出故障位置。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明,定位算法能够准确识别出故障类型以及故障线路并精确定位出故障位置。极间短路故障的定位误差在0.5%以内,单极接地故障的定位误差在3%以内。     

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。     

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。     

含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究

对于配置直流断路器的架空柔性直流电网,快速可靠的直流故障检测是主要技术瓶颈之一。该文利用小波变换提取故障时刻高频暂态电压分量,基于区内外暂态能量差异提出故障识别方法;根据正负极电压变化量差异提出故障极判别方法;设计含故障启动、故障识别、故障选极和直流断路器多次重合闸判据的线路保护方案。该方案通过测量本地电气量实现全线路保护,无需通信,具备较强的耐受过渡电阻和抗扰动能力。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建四端架空柔性直流电网模型,仿真分析保护整定值的选取方法,并通过大量算例证明所设计线路保护方案的快速性和可靠性。     

柔性高压直流环网直流侧故障保护策略研究

直流故障保护问题是当前高压直流电网发展过程中所面临的关键技术问题之一。针对直流断路器在应用于高压直流电网故障保护时,可能面临直流故障发展迅速且有时难以区分的问题,该文研究了基于直流断路器附加电感的直流电网故障保护策略及其附加电感值的选取方法。通过对四端直流环网的直流极间短路故障特性进行分析,提出了由附加电感电压和模块化多电平换流器直流侧电压组合而成的直流断路器动作判据。由于该判据中所涉及参数都由本地测量实现,它具有不依赖于异地信号实时通信的特点。通过在Matlab/Simulink仿真平台上建立的四端直流环网模型所进行的仿真分析表明:该故障保护策略可以"有选择"地准确隔离故障线路或母线,并保证非故障部分在故障扰动后维持正常运行工况,且其不受故障位置、功率反转、控制方式和短路电阻的影响,并在不同结构的直流电网中具有较好的通用性。     

利用电压相关性的±800kV直流输电线路区内外故障判断方法

对--800-kV直流输电线路区内及区外故障分量附加网络的理论分析表明,当直流输电线路发生区内故障时,于故障启动元件响应之后的短数据窗内,线路两侧电压电流故障分量均满足平波电感元件性能方程(voltage current relation,VCR);当发生区外故障时,故障侧的电压电流故障分量则不满足平波电感元件的VCR。为此,提出了基于实测电压与计算电压相关性的区内外故障判断方法:直流线路发生区内故障时,运用线路两侧实测电流由平波电感元件VCR分别计算两侧的电压,计算所得的电压波形与实测电压波形正相关,且数值很大;发生区外故障时,则故障侧计算所得的电压波形与实测电压波形负相关。据此,利用线路两侧计算的电压波形与实测电压波形的相关系数构造区内外故障识别判据。仿真结果表明,该识别算法可灵敏区识别内故障并可靠识别区外故障,可用于加速直流输电线路的后备保护动作。     

应用附加电容的柔性直流输电线路自适应重合闸策略

针对柔性直流输电线路在故障跳闸后线路健全极与故障极不存在耦合关系和基于感应电气量变化特征的重合闸判据难以适用的问题,提出一种基于附加电容放电电压变化特征的柔性直流输电线路自适应重合闸策略。在直流线路跳闸后投入附加电容器,构建附加电容放电的数学模型,分析故障消失前后附加电容放电电压特征的差异。结合该差异设计出能有效识别永久性故障和瞬时性故障的柔性直流线路故障性质识别新判据,基于此故障性质识别判据实现对线路的重合闸。最后利用PSCAD/EMTDC平台搭建了线路模型,仿真验证了所提柔性直流输电线路自适应重合闸策略的有效性与可靠性。     

基于电流模量分析的MMC-MTDC系统直流输电线路故障识别

直流线路故障的快速、可靠识别是基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性多端直流输电(multi-terminal direct current, MTDC)系统发展的关键技术之一。通过分析柔性多端直流系统线路故障后电流的暂态特征,提出了一套基于单端电流模量分析的MMC-MTDC系统直流线路故障识别方案。该方案通过对电流一模故障分量动态偏差值极值极性与大小的检测实现了直流线路故障快速定位,并利用故障后电流零模故障分量的差异,从而实现了对故障极的快速判别。在PSCAD仿真平台上搭建了双极四端MMC型柔性直流电网的模型,通过仿真算例验证了该保护在不同故障位置和过渡电阻下均能快速、可靠地检测到直流线路故障并且准确识别故障极。     

柔性直流配网中基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护

柔性直流配网是未来直流技术和配电系统的重要发展方向。其中,保护技术作为保证其安全运行的关键技术之一,其难点在于快速、有选择性地识别故障。针对双极短路故障,依据不同直流线路故障时暂态高频阻抗的特征差异,该文提出一种基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护,并形成相应的直流线路保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建基于具有直流故障隔离能力换流器的柔性直流配网模型,PSCAD仿真分析表明,该方案能够快速、可靠地实现故障判别,对系统参数变化具有较强的适应性,抗过渡电阻能力强,受噪声影响较小。     

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。     

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。     

利用全桥MMC注入特征信号的直流自适应重合闸方法

交流线路自适应重合闸利用健全相和跳开相之间的耦合关系进行永久性故障性质判别,考虑到直流线路故障清除后,健全极与故障极无耦合关系,并充分利用换流器的高可控性,提出了一种向直流故障线路注入特征信号的故障性质判别方法。首先详细阐述了特征信号的选取原则、特征信号的产生原理与调节;其次通过附加控制策略向直流故障线路注入特征信号,利用该特征信号在故障线路和健全线路的传播特性差异进行故障性质判别,仿真结果验证了文中提出利用全桥换流器注入特征信号判别故障性质方法的有效性。     

识别模块化多电平直流线路故障的保护新原理

为了保证模块化多电平换流器构成的高压直流输电系统安全运行,本文通过在直流线路上串联电感,应用故障分析方法,得出了利用串联电感两侧电压故障分量的保护原理。该原理利用直流线路正负极的电压故障分量的极性,来判断故障极;利用串联电感两侧的电压故障分量的大小,来区分区内、外故障。最后,利用PSCAD仿真软件,建立了该直流输电系统的仿真模型,并进行各种故障仿真,产生故障数据,然后利用Matlab进行保护算法的验证,仿真结果表明所提保护原理的正确性。     

柔性直流输电换流器故障特性分析及诊断研究

为了准确识别柔性直流输电电压源换流器故障类型及位置,在分析换流器故障特性的基础上,给出了一种简便快速的故障识别及定位方法。基于两电平电压源换流器的VSC-HVDC的系统仿真,分别建立了交流侧单相断线故障时直流电压、直流电流波动分量计算模型和两侧换流器故障交流电流计算模型,分析了故障换流器交流侧谐波与直流侧谐波分量的关系,给出了柔性直流输电换流器故障谐波传递规律。根据已建立的故障换流器数学模型和交直流侧谐波传递规律,以直流电流各次谐波分量、交流电流有效值和标幺化直流分量作为诊断特征量,提出了一种运算简便快速的故障定位方法,可用于识别电压源换流器中轻微故障的位置。仿真结果表明,提出的故障识别及定位方法能够在线实时准确地诊断电压源换流器轻微故障类型和位置,诊断时间最多需要35 ms。     

基于暂态电流比值的多端柔性直流电网保护

多端柔性直流电网(multi terminal DC,MTDC)要求直流线路发生故障后在几毫秒内隔离故障线路，如何实现故障线路快速可靠识别是MTDC直流线路保护的难点之一。该文利用区内外故障时保护安装处暂态电流与本侧模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)故障电流的比值差异，提出了一种基于暂态电流比值的直流线路保护方案。该方法通过测量线路双端电气量来判断故障位置，可以保护线路全长。最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流电网模型，通过仿真验证所提保护方案的可行性与优越性。     

基于电流动态偏差值的MMC-MTDC直流侧故障识别

为了快速可靠识别基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的多端柔性直流MTDC(multi-terminal direct current)输电系统直流侧故障,提出了一种基于单端单极电流的柔性直流电网故障识别方案。该方案通过对电流动态偏差值极值的检测与电流累差值的计算实现直流线路故障快速定位,采用母线短时能量保护区分直流母线故障和线路故障,并根据所提保护方案设计了一套故障检测和识别单元。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建仿真模型,通过仿真算例验证了该保护方案能在各种情况下快速、可靠地识别故障,无需双端数据通信,无需复杂数据分析与处理,满足多端柔性直流输电系统对保护的要求。     

基于电压电流突变量的MMC-MTDC纵联保护方案

作为柔性直流输电线路后备保护的纵联电流差动保护,通过较长延时来防止线路分布电容等问题引起的误动,无法满足保护对于速动性的要求,针对这一问题提出了一套基于电压电流突变量夹角余弦值的纵联保护方案。该方案利用故障发生时,故障与非故障状态下直流线路两端的电压、电流突变量之间的夹角余弦值构造故障识别判据,并利用故障发生时线路正、负极电压的数值差异作为故障极判据,形成了一套完整的纵联保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电（modular multilevel converter-multi-terminal direct current,MMC-MTDC）系统仿真模型对保护方案进行验证,结果表明,所提纵联保护方案能够实现在各种故障情况下的故障判别,并且满足直流线路对保护速动性的要求,可以作为直流线路的后备保护。