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。     

基于测量波阻抗相位特征的三端混合直流线路纵联保护

线路的后备保护在混合直流输电系统中至关重要,但现有后备保护受分布电容和过渡电阻的影响较大,严重影响保护的可靠性和快速性。为解决上述问题,提出一种基于测量波阻抗相位特征的混合三端直流线路纵联保护方案。通过分析混合直流输电线路区内、外故障时线路两端测量波阻抗的差异性,利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,根据测量波阻抗相位差异构造判据区分区内、外故障。PSCAD 仿真表明,所提保护方案能可靠快速地识别区内外故障,具有较强的耐受过渡电阻的能力,并且不受故障电阻和分布电容的影响,有效提高了线路后备保护的可靠性和快速性。     

利用暂态测量阻抗的高压直流线路故障识别方法

为提高高压直流线路故障检测的准确性,提出一种利用直流线路两端暂态测量阻抗特征的故障判别方法。基于长线路传输方程,分析直流区内、外故障暂态过程中线路两端的暂态测量阻抗特征(定义为暂态电压分量与暂态电流分量之比)。由于直流线路与边界在不同频带下呈现的阻抗特征存在差异,区内、外故障时,线路两端暂态测量阻抗将不同,据此可形成故障判据。利用暂态测量阻抗进行故障判别,克服传统暂态谐波保护中谐波幅值低、易受线路衰减及过渡电阻的影响等缺陷。结合双极线路低频段暂态分量耦合系数小的特点,提出利用低频段暂态电流比值进行故障极判别。仿真分析与现场录波数据测试表明,该方法能准确、可靠地实现直流线路的故障判别,具有较强的抗过渡电阻能力,且对于系统参数的变化具有一定的适应性。     

利用信号距离识别的高压直流输电线路保护方案

为了改进传统高压直流差动保护的动作可靠性,提出了一种基于信号距离识别的高压直流输电线路保护方案.通过对高压直流输电系统在不同故障情况下线路两端电流变化特征进行分析发现,直流线路发生内部接地故障后的暂态过程中,两端电流变化极性相反,电流波形差异度较高,而在线路外部故障时,两端电流变化极性相同,且电流波形相似度较高.在此基...     

基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案

电网换相换流器和模块化多电平换流器(line commutated converter-modular multi-level converter,LCC-MMC)并联型多端混合直流输电系统结合了基于电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter-high voltage direct current,LCC-HVDC)与基于模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multi-level converter-HVDC,MMC-HVDC)的技术优势,但因其不一致的边界特性、特殊的汇流母线结构、不同的换流站控制策略,导致现有的线路保护方案难以直接应用。为此,文中提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路保护方案。首先,推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测点处测量波阻抗相位在区内外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着,利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别;最后,在PSCAD中进行仿真验证。结果表明,所提保护能够区分T区母线与其相邻线路末端故障,在满足快速性的同时具备一定的耐受过渡电阻(500 Ω)和抗噪声干扰(20 dB)能力,满足多端混合直流系统线路主保护要求。     

基于等效序阻抗差异特征的低频输电线路差动保护优化方案

低频输电线路故障时,两侧短路电流均由模块化多电平矩阵变换器提供,两侧短路电流相角均受控且幅值相当,导致差动保护灵敏度严重下降。分析了低频输电系统定电压控制侧和功率控制侧的等效正、负序阻抗特征,指出因控制策略不同,系统故障时两侧等效正、负序阻抗特征存在明显差异。分析了低频输电线路区内和区外故障两侧保护装置测量到的等效序阻抗之间的差异性和相似性,基于此特征构建了两侧等效序阻抗差异指标,提出了基于等效序阻抗差异指标的差动保护制动系数优化方法。仿真结果表明,所提方案能够显著提升低频输电线路区内故障时差动保护的动作速度和动作灵敏性。     

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。     

交直流并联系统中三相重合时序对距离保护动作特性的影响

发现交直流系统中三相重合时序对距离保护有较大影响。建立交直流并联系统模型,在交流输电线路发生对称性故障时,推导出不同三相重合时序下健全线路两端测量阻抗的表达式。据此,解析出影响距离保护动作特性的临界故障距离,并探究测量阻抗随整流、逆变侧系统电抗的变化规律。直流系统发生换相失败时推导出直流系统等效阻抗与故障电压变化量、越前触发角等电气量的关系式,根据该关系式分析健全线路测量阻抗随故障电压变化量和越前触发角的变化趋势,得出减小交直流并联系统健全线路距离保护误动风险的最佳重合时序方案。其正确性和有效性在两区域交直流并联系统中得到验证。     

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。     

基于正序电流故障分量的输电线路故障检测

高压输电系统中传统后备保护定值整定困难,灵敏度易受到高阻接地、潮流转移等影响。文中提出了一种基于正序电流故障分量的输电线路故障检测算法。采用线路两端正序电流故障分量的矢量和幅值与矢量差幅值的比值作为线路的故障判断量,给出严格的公式推导,建立了故障检测的判据。理论分析了线路的故障判断量的分布特性,与本线路阻抗、两端背侧的系统等效阻抗、故障点位置的关系,证明了其与过渡电阻无关。在系统发生振荡时,将求解的故障定位值作为辅助判据。IEEE 39节点系统仿真实验表明,各类故障发生时所提算法均能够正确检测故障线路且不受故障位置、过渡电阻等影响,在非全相运行、负荷潮流转移时也能检测出故障线路,对两端数据的同步性要求不高。     

柔性直流配电网双极短路故障区段识别及测距研究

直流线路双极短路故障测距是柔性直流配电网的发展亟须突破的关键技术之一。基于模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网短路故障测距研究,首先根据柔性直流配电网的拓扑结构,明确直流线路的保护区段的划分。其次在发生双极短路故障时,利用故障暂态电压变化规律,引入电压偏离系数识别故障发生的区段,并在相应的故障区段两端投入故障测距电容。测距电容、线路电感、线路阻抗等效为RLC串联电路,列写故障测距方程,从而计算故障距离。最后在PSCAD/EMTDC中搭建双端柔性直流配电网模型,仿真验证直流双极短路故障时识别故障区段的准确性和测距方法的可行性。     

基于纵联阻抗相角的输电线路纵联保护

提出了一种基于2个特定等效纵联阻抗相角之差值的输电线路纵联保护.该纵联阻抗是由线路两端各相电压故障分量相量差与电流故障分量相量和的比值计算而来的.将电压故障分量按测量端的正方向和反方向各平移一个线路全长的距离形成2个等效的纵联阻杭,利用2个等效纵联阻抗的相角差数值判断故障是否发生在区内.区外故障时,该相角差等于0°;区...     

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。     

基于测量波阻抗的母线保护新方法

为避免电流互感器饱和对母线保护的影响,提出一种基于测量波阻抗的母线保护新方法:对母线区内、外故障的情况进行了理论分析,当发生母线区内故障时,所有线路的测量波阻抗的极性均为负,幅值近似相等;当母线发生区外线路故障时,故障线路的测量波阻抗的极性为正,且其幅值远小于非故障线路的测量波阻抗的幅值;通过对母线上各线路的测量波阻抗的极性和幅值进行比较即能判断母线故障类型。此外,还对该母线保护新方法的实现方案进行了探讨,得到了可行的保护实现方案。理论分析及EMTP仿真表明,基于测量波阻抗的母线保护方法基本不受故障类型、故障过渡电阻、故障距离和故障初始角的影响,且能体现行波的本质,保护方法可靠、有效。     

基于反行波幅值比较的高压直流输电线路纵联保护方法

直流线路纵联差动保护作为行波保护的后备保护之一,为了躲避区外交流系统故障的影响,存在延时长、动作速度慢的问题。为提高直流线路后备保护的动作速度,在分析直流线路区内外故障两端反行波的幅值关系的基础上,提出一种新的纵联保护方法。该方法利用故障发生后一段时间内,线路两端反行波幅值积分的比值来识别区内故障。区内故障时,线路两端反行波幅值积分相差不大;区外故障时,线路两端反行波幅值积分差异明显。基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,该保护方法在各种故障情况下均能可靠、快速地识别区内外故障,对高阻故障也有良好的动作性能,可作为行波保护的快速后备保护。     

基于故障分量综合阻抗的输电线路纵联保护

提出了一种基于故障分量综合阻抗的纵联线路保护新原理。利用故障时线路两端故障分量电压相量和与故障分量电流相量和的比值,来判断线路上是否发生了故障。在外部故障时,该比值反映输电线路上的容抗,其模值较大;内部故障时,该比值反映系统电源阻抗和线路阻抗,其模值相对较小,据此可以区分线路上的内部和外部故障。新原理易整定,本身具有选相能力,不受电容电流的影响,可以用于带或不带电抗器补偿的线路,理论上与过渡电阻无关。EMTP仿真和动模数据验证了该原理的有效性。     

计及风机短路电流偏移特性的配电网阻抗幅值差动保护方

区别于常规电源机组,当输电线路发生短路故障时,风电机组配置的Crowbar保护可能启动,导致风电机组转速下降,从而引起风电侧短路电流频率发生偏移,使得基于基频短路电流计算的测量阻抗出现偏差,传统距离阻抗保护方法可能拒动或误动。针对该问题,提出了计及风机短路电流偏移特性的配电网阻抗幅值差动保护方法,首先探究了风电短路电流偏移特性,建立了线路故障时,风机侧短路电流偏移误差模型,并基于阻抗平面图,研究了其对距离保护的影响机理。然后,基于差动阻抗和制动阻抗在正常运行、外部故障和内部故障之间的显著差异,提取阻抗幅值差动特征,构造了阻抗保护幅值差动判据,其不受短路电流偏移的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC进行仿真分析,结果表明：提出的保护方法不受风电接入比例及短路电流偏移的影响,并且过渡电阻电阻可以提高内部故障时保护动作的灵敏性,以及外部故障保护不动作的可靠性。     

基于S变换的新型波阻抗方向继电器

为提高行波保护的灵敏性与可靠性,提出一种基于S变换的新型波阻抗方向继电器。通过对正方向线路故障后初始行波特征的分析,定义方向继电器的背侧母线波阻抗。依据该阻抗及继电器正方线路波阻抗分别设置正、反方向阻抗圆,构成双阻抗圆的方向判据。利用 S 变换提取单频率的电压、电流初始行波,并计算出波阻抗,根据该阻抗在正、反方向阻抗圆内的位置判别故障方向。PSCAD/EMTDC 仿真结果表明：该继电器能可靠、灵敏、超高速识别正反方向故障,其性能受故障初始角、故障距离、故障电阻等因素的影响小,能适应母线结构的变化。以该继电器构成的超高速方向纵联保护具有良好的工程应用前景。     

基于S变换的新型波阻抗方向继电器

为提高行波保护的灵敏性与可靠性,提出一种基于S变换的新型波阻抗方向继电器。通过对正方向线路故障后初始行波特征的分析,定义方向继电器的背侧母线波阻抗。依据该阻抗及继电器正方线路波阻抗分别设置正、反方向阻抗圆,构成双阻抗圆的方向判据。利用S变换提取单频率的电压、电流初始行波,并计算出波阻抗,根据该阻抗在正、反方向阻抗圆内的位置判别故障方向。PSCAD/EMTDC仿真结果表明:该继电器能可靠、灵敏、超高速识别正反方向故障,其性能受故障初始角、故障距离、故障电阻等因素的影响小,能适应母线结构的变化。以该继电器构成的超高速方向纵联保护具有良好的工程应用前景。     

基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护

电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电线路两端并联有大电容,在故障发生瞬间,大电容迅速向故障点放电,对高频故障分量系统侧可等效为并联大电容。根据VSC-HVDC这种特有的系统结构,提出了一种基于并联电容参数识别的VSC-HVDC输电线路纵联保护新原理。该保护原理采用时域算法,通过识别VSC-HVDC输电线路两侧的电容值来区分区内、区外故障。当直流输电线路发生区内故障时,能同时准确识别出线路两端的电容值;当直流输电线路发生区外故障时,不能同时准确识别出线路两端电容值。根据此特征,构造纵联保护判据。理论分析和仿真结果表明,该原理不受过渡电阻、故障类型、故障位置、控制方式和线路类型的影响,在各种工况下均能快速可靠地区分区内、区外故障,而且该方法计算简单,易于实现,具有一定的实用价值。