基于电压折射波幅值正负差异的柔性直流电网两段式行波保护

针对柔性直流电网线路行波保护在长线故障下难以兼顾速动性和耐受过渡电阻能力的问题,提出了一种基于电压折射波幅值正负差异的两段式行波保护方案。首先,通过分析故障行波在线路上的传播过程,推导了各折反射波的表达式,得出了区内外故障下线路端口电压折射波幅值的正负差异特性。然后,基于该特性,提出了两段式行波保护方案,以传统行波保护判据构成保护第Ⅰ段,采用端口电压幅值及回升时间构成行波保护第Ⅱ段。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该保护方案的有效性。     

基于电压行波折射系数的柔性直流电网线路纵联保护EI北大核心CSCD

针对柔性直流电网线路纵联保护难以同时适应线路边界存在和不存在情况的问题,提出一种基于电压行波折射系数的柔性直流电网线路纵联保护。通过分析线路的1模波阻抗得到较为精确的故障分量1模电压行波。利用Peterson等效电路定量分析正方向故障时的电压行波折射系数,通过定性分析得到反方向故障下的电压行波折射系数,根据电压行波折射系数的差异构造故障识别判据。在此基础上,设计启动判据和选极判据,与故障识别判据一起形成完整的柔性直流电网线路纵联保护。最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证。结果表明,所提纵联保护可实现全线速动,能够耐受500Ω的过渡电阻和20dB的噪声,且对采样频率和数据同步要求低,工程适用性较强。     

基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究

直流线路保护是高压大容量柔性直流电网亟需解决的关键问题之一。针对目前的通信技术难以满足传统行波差动保护对高速采样数据的实时传输要求这一突出问题,文章提出了基于等效行波的柔性直流电网差动保护方法。作为单端量主保护的后备保护,该方法仅利用少量能表征原故障电流行波关键信息的模极大值进行数据交互,在线路两端重构出能完美复现原故障电流行波的等效故障电流行波,不但大大减少了构造行波差动保护判据所需的通信数据量,而且可实现柔性直流电网故障区域和区内直流线路不同类型故障的可靠、快速识别。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端环形柔性直流电网,对所提的基于等效行波的柔性直流电网差动保护方案进行了仿真验证。     

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。     

多端柔性直流电网保护关键技术

多端柔性直流电网直流故障后故障电流快速上升、无自然过零点等特点使得直流线路保护和故障处理技术成为柔性直流电网发展的关键技术难点。理论分析了多端柔性直流电网线路保护的特殊性,借鉴传统直流输电线路保护原理和点对点式柔性直流输电线路保护原理的研究现状,对多端柔性直流电网线路保护的发展方向进行了探讨。同时,全面分析了各类直流故障隔离方法的基本原理,从故障隔离能力、经济性、控制保护耦合影响等多个方面阐述了其进一步的发展趋势。最后,考虑到架空线路输电的应用前景,设计提出了一种适用于点对点式柔性直流输电系统、具有低电流危害的新型故障重合闸判断方法,较现有重合闸策略而言,该方法重合于永久性故障时能够彻底避免对系统的二次过电流冲击。在此基础上,讨论了多端柔性直流电网对重合闸策略的性能要求。     

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。     

基于首行波主频分量的柔性直流输电线路单端量行波保护EI北大核心CSCD

基于传统柔性直流输电线路行波保护存在耐过渡电阻能力不足,保护整定缺乏依据的问题。该文首先分析区内、外故障保护安装处首行波频率分量的衰减特征,揭示区内故障首行波频率分量衰减规律,区内、外故障首行波频率分量衰减差异性。然后,深入分析保护安装处故障首行波解析式,增强高频分量在能量计算中的影响,构造出能够反映故障位置和线路边界衰减特性的首行波主频分量。首行波主频分量解析式表明主频分量随故障距离增加而减小,区内、外故障首行波主频分量存在显著差异。在此基础上,提出一种基于首行波主频分量衰减特征的单端量行波保护方法,该方法充分利用了首行波全频段信息,原理上不受过渡电阻的影响且主频分量解析式也为保护阈值整定提供了理论依据。仿真结果表明所提保护方案能够快速准确识别区内、外故障,首行波主频分量能有效反映故障位置,整定简单易行,耐过渡电阻能力较强,在不同网络拓扑结构下具有较强的适应性。     

基于本地信息的多端柔性直流电网故障定位方法

故障定位技术是保障多端柔性直流电网安全可靠运行的关键技术。由于直流网络之间的相互连接导致其故障暂态特征十分复杂,故障定位往往要依靠通信手段,同时技术难度也会大幅提升。以基于两电平电压源型变流器的多端柔性直流电网为研究对象,提出一种基于本地信息的多端柔性直流电网的故障定位方法。利用限流电抗器作为直流线路边界,分析了限流电抗器类型的选取及其对断路器开断和保护动作时间的影响,从保护识别的准确性和动作的可靠性角度讨论了限流电抗器的容量和位置配置;对直流行波保护的电压变化率判据进行改进,通过比较限流电抗器两端电压变化率的比值和差值设定故障区间的判别方法及逻辑,利用本地信息确定故障位置;基于MATLAB/Simulink进行了大量仿真测试,验证了所提故障定位方法的可行性和有效性。     

基于故障电压行波传播项指数系数的柔性直流输电线路单端行波保护原理

柔性直流电网(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)对直流线路保护提出了高速动性和高可靠性的要求。首先,推导了柔直电网直流线路发生区内、外故障时线模故障分量电压行波的解析表达式,该解析表达式包含行波传播项和直流线路边界项。理论证明了：线路发生区内故障时,线模故障分量电压行波传播项指数系数大于区外故障时的指数系数,且该指数系数不受过渡电阻影响。之后,引入Levenberg-Marquart(LM)算法提取指数系数构造了高灵敏度、高可靠性的单端快速保护方法及保护方案。最后,仿真验证了推导分析的正确性,验证了提取出的指数系数能有效反映故障位置,且其保护方案能快速可靠地识别不同距离、不同类型的故障,具有较高的耐过渡电阻能力。保护方案无需高采样频率。     

基于行波相位特性的三端混合直流线路行波保护原理

三端混合直流线路的汇流母线连接两段不同参数的线路和换流站,因此故障行波传播至汇流母线时将产生折射和畸变,对现有行波保护原理造成影响。为此,考虑三端混合直流系统中换流站通过汇流母线并联接入的特殊结构,推导线路区内外故障时行波的复域表达式,分析线路区内外不同过渡电阻故障时的行波相位特性,进而基于Morlet小波相位构建了一套具有较强耐受过渡电阻性能的三端混合直流线路保护方案。基于PSCAD的大量时域仿真实验,验证了所提保护方案的正确性和耐受过渡电阻性能。     

输电网行波网络保护方法

在研究行波在电网中传播特性的基础上,提出了一种新型输电网行波网络保护方法,该方法在线路故障后利用电网中所有行波保护继电器记录的初始行波到达时间来剔除无效行波时间数据,并修正部分无效初始行波到达时间,进而利用有效初始行波到达时间来判断故障线路。这一保护方法综合利用了电网中所有线路的初始行波到达时间信息,不但解决了行波保护易受线路结构等因素影响的问题,而且在某一行波保护继电器故障、启动失灵或时间记录错误后仍能可靠动作。分析和仿真结果表明,该保护方法原理可行、实现简单、可靠性高,有助于进一步提高行波保护的实用性。     

适用于柔性直流电网的500kV级直流电缆与架空线路并联运行控制及保护策略

高压直流电缆是跨海长距离输电和新能源并网的重要装备,高电压等级、高通流能力的直流电缆还处于研发阶段。为推进高压直流电缆研发,考验长期运行性能,依托国内某±500 kV柔性直流电网工程建立了直流电缆综合试验站。该柔性直流工程线路主要采用架空线,试验站位于其中一个换流站单极出线处,采用直流电缆与架空线路并联运行方式,其运行控制和保护配合复杂、可靠性要求极高,尚无工程经验可循。针对500 kV级直流电缆试验段与架空线路并联切换运行的接线方式,提出了试验站直流电缆监视和投入退出控制策略、故障保护策略以及过负荷运行控制保护策略。仿真试验结果证明,所提策略可保证直流电缆接入柔性直流电网后可靠运行。     

基于整个电网行波时差的故障定位方法

在分析电网故障行波传输特性的基础上提出了一种基于整个电网行波时差的故障定位方法。该方法在整个输电网中的部分变电站安装行波定位装置,线路故障后各行波定位装置检测并记录初始行波的到达时间,由主站根据整个网络中所有初始行波到达时间和线路长度来辨别有效行波时间,并根据所有有效行波时间来进行综合故障定位。与基于单条线路故障信息的行波定位不同,该方法在故障线路端定位装置故障、启动失灵或记录错误时间后仍能可靠定位。理论分析和仿真结果表明,该方法可以在使用较少的行波定位装置的情况下对电网中所有输电线路进行可靠、准确的故障定位,有助于进一步提高行波故障定位的可靠性和经济性。     

基于电流斜率的多端柔性直流输电线路保护方法

文中研究了多端柔性直流输电系统在各种故障情况下的故障特征,根据理论分析得出当发生内部故障时,故障线路两端的故障电流方向是相同的,非故障线路两端的故障电流方向相反。提出了一种基于电流斜率的选线方法。通过比较线路两端故障电流的斜率,可以有效地识别出故障线路,可用于柔性直流输电系统的后备保护。最后,利用PSCAD/EMTDC软件建立了张北四端柔性直流电网的仿真模型,并对所提出的保护原理进行了仿真验证。     

基于极波模量时差的高压直流输电线路自适应单端保护

针对目前高压直流输电线路单端保护在远端高阻接地故障时灵敏性下降可能造成保护拒动的问题,提出了一种基于极波模量时差的自适应单端保护方案。通过分析高压直流系统的边界作用和极波中耦合的线模和地模的传播特性,得到在区内故障和区外故障时不同的极波波形特征。文中分析了传统单端保护在远端高阻接地故障时灵敏性下降的原因,利用故障极波线模和地模时差内的极波波形斜率和幅值变化量,构造了自适应分段保护判据。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果表明,所提保护方案能够有效地检测区内外故障,特别是在远端高阻接地故障时仍然保持足够的灵敏性。     

基于小波变换的HVDC输电线路电压行波保护新方案

分析了高压直流输电线路故障电压行波的特点,提出了一种基于小波变换的新型电压行波保护.利用小波变换对电压行波作多尺度分解,将分解后较高尺度的模极大值及其附近若干个小波分解系数的平方相加,结果与整定值比较构成保护判据.一方面,高尺度的小波变换能够降低噪声的干扰;另一方面,由于平方和的作用有利于保护对经高阻接地故障的准确判断.大量仿真及理论分析表明该方案具有较高的灵敏度和可靠性.     

基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护

直流线路保护是多端柔性直流输电技术发展的关键,直流限流电抗器提供的边界条件为故障保护算法的设计提供便利.文中将限流电抗器的压降特性和相邻线路的分流特性相结合,提出一种基于边界暂态能量的多端柔性直流线路的保护方案.保护方案利用线路两端边界的暂态能量比的差异性识别区内外故障,并利用正负极的暂态能量比来进行故障选极.保护方案实现简单,双端数据无须同步且动作时间短.仿真结果表明,该方案在不同的故障场景下均能可靠进行故障识别和故障选极,耐受过渡电阻能力强,具有较强的抗噪声能力.     

并联型混合多端直流线路单极-双极混合运行方式下的故障行波特性

单极-双极混合运行是并联型混合多端直流输电系统中非常重要的一种运行方式,可以最大程度减小换流站故障或检修带来的功率损失,研究该方式下的直流线路故障行波特性及其对行波保护的影响具有重要意义。该运行方式下直流线路间存在一个不对称折反射界面,针对该界面的结构特点进行了行波折反射特性的理论和仿真分析;在此基础上研究了单极接地故障时的故障行波传播特性,并结合工程实际分析了其对行波保护的影响。研究结果表明:模量之间的交叉折射是造成单极双极混合运行方式下故障行波传播特性不同的主要原因;就基于模量的行波保护判据而言,单极双极混合运行方式将造成行波保护动作量减小,需要在定值整定中予以考虑。     

高压电力传输线行波保护技术原理综述

对高压电力传输线上的故障行波概念与故障特征进行分析,介绍了目前比较成熟的6种行波保护原理,并对其发展中存在的问题和中国高压电网中行波保护的应用前景做了简述.最后对行波技术的研究方向做了展望.