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。     

基于暂态电流相关系数的混合多端高压直流输电线路保护

混合多端高压直流输电系统结合了传统高压直流输电与柔性直流输电技术的优势,在降低经济成本的同时可实现大容量功率输送、故障穿越与抑制换相失败等功能,是未来电网发展的重要趋势之一。但是混合多端直流输电系统拓扑相对复杂,且全控型电力电子设备耐过流能力较弱,即故障后需保护装置快速可靠地识别故障区间。因此,提出一种基于暂态电流故障分量相关系数的混合多端高压直流输电线路保护策略,只须测量T接汇流母线3个端口各自的暂态电流故障分量并计算相关系数即可准确识别故障区间。仿真结果表明,所提保护方案无需通信,保护装置能在1 ms内动作,能耐受300 Ω过渡电阻与20 dB白噪声的干扰,可较好地满足混合多端高压直流输电系统的保护需求。     

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。     

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。     

计及换流站控制响应的多端混合直流线路后备保护设计

多端混合直流系统故障暂态过程受直流控制响应的影响较大,针对其线路故障特征的分析和保护原理的研究,应当充分计及直流控制特性的影响。为此,根据多端混合直流系统的特点,计及故障后不同换流站的控制响应过程,对其直流线路故障暂态电流的变化趋势关系进行研究分析。并基于此提出了基于滑窗均值电流的多端混合直流线路区内、区外故障识别判据,给出了具体的保护方案。通过PSCAD/EMTDC对所提保护方案的可行性进行了仿真验证。仿真结果表明,所提方案能够可靠识别包含T接汇流母线在内的各种直流线路故障,天然具有故障选极能力,耐受故障过渡电阻能力和抗噪声干扰能力强,且无需数据同步,可作为多端混合直流线路的快速后备保护。     

基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案

多端柔性直流配电系统的发展尚面临几大技术难点亟待解决,在继电保护方面主要问题在于直流故障的可靠识别。传统交流配电系统、高压直流输电系统保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。因此,该文设计了一种新型的多端柔性直流配电系统直流线路保护方法。利用线路边界特性,通过小波变换提取区、内外故障的暂态特征差异,实现故障的快速、可靠识别;并利用直流电抗器压降判据实现保护的方向性。该方法基于单端电气量实现全线路保护,动作速度快,无需通信,能够满足直流配电系统对保护的速动性、可靠性和选择性要求。最后,大量的仿真算例验证了所设计方案的可行性。     

具备高灵敏性与速动性的柔性直流输电系统纵联保护方案

多端柔性直流输电线路故障的快速识别对电网的安全稳定运行具有重大意义。目前,直流线路纵联差动保护未考虑电容电流的影响,其速动性的欠缺导致其仅用作后备保护。为解决该问题,提出了一种足够灵敏、且能够在超短时间窗内实现故障识别的纵联保护原理。首先,基于贝瑞隆模型,对电容电流进行有效补偿。其次,计及模型法对参数较为敏感这一不利因素,设计了保护浮动门槛。最后,基于区内/外故障情况下电流推演值与原始值间的Hausdorff距离存在差异性的特征,提出了一种多端柔性直流输电线路纵联保护原理。理论分析及仿真结果表明,所提的保护原理能灵敏、可靠地实现区内故障的识别,并且在速动性指标上能够满足柔性直流输电系统的要求。     

基于单端暂态电流的MMC-HVDC输电线路保护方案研究

高效可靠的直流线路保护是模块化多电平换流器高压直流输电(high voltage direct current transmission based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)系统安全经济运行的重要保证。为了快速检测直流输电线路故障并识别故障类型,该文提出一种基于单端暂态电流的MMC-HVDC直流输电线路保护方案。当直流输电线路发生故障时,线路保护安装处电流频率成分丰富,基于经验模态分解的时频局部化特性,利用固有模态能量熵评估电流能量在频域分布的离散度,构建直流侧故障判据,以区分交流侧和直流侧故障。直流线路电流在直流线路双极短路、单极接地和断线故障时分别对应上升、平稳和下降趋势,利用滑动平均滤波提取电流变化趋势,构造了故障类型识别判据。RTDS仿真结果表明,该方案在不同故障位置和过渡电阻下均能够快速可靠地检测直流线路故障并准确识别故障类型。     

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。     

基于LCC和FHMMC的混合多端直流系统线路保护方案研究

混合多端直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对基于电网换相型(Line Commutated Converter,LCC)和混合型模块化多电平换流器(Full Half Bridge Modular Multilevel Converter,FHMMC)的混合多端直流系统拓扑架构,在分析直流线路故障影响的基础上,提出了一种多端直流线路保护方案。首先,通过配置快速线路保护系统,在模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)换流器过流闭锁前检测出线路故障。其次,采用在换流站两端配置线路保护系统保护直流线路全长、中间换流站配置线路保护系统分别保护两条线路的配置方案。在此基础上,提出利用线路故障后汇流母线区两侧电流变化量的不同,构造线路故障区域识别判据以解决多端线路故障区域识别问题。最后,通过与控制系统相配合将MMC站直流电压控制为零压或负压,并将LCC站快速移相,实现线路故障的自清除及隔离。仿真结果验证了所提方案的可行性。     

基于直流电流过零特征的柔性直流配电网保护方案研究

直流线路故障的快速、可靠识别,是柔性直流配电网发展在继电保护方面所面临的技术难点之一。针对基于具有直流故障自清除能力换流器的柔性直流配电系统,重点研究系统双极短路故障时的故障特性,并利用其故障电流迅速增大的特点,提出基于直流电流过零检测的保护方案。方案通过识别线路两端出现直流电流过零时刻的异同,确定故障线路并完成故障隔离。该保护方案原理简单且易于实现,能够快速识别故障线路。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电系统模型,通过大量仿真验证了该保护方案的可行性。     

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.     

基于MMC的多端柔性直流线路超高速保护关键技术研究

为了满足多端柔性直流电网输电线路超高速保护动作快速需求,在传统直流线路保护的基础上,介绍了柔性直流线路的保护配置和动作策略,根据故障行波的特征,提出了一种行波保护方法。该方法将电压信号经过S变换提取故障行波的特定频带特性,通过对不同时刻故障行波幅值的变化识别接地短路故障,进而构成行波保护出口的判据。最后基于实际工程参数,在RTDS搭建的多端柔性直流仿真模型与控制保护系统构成的闭环系统上进行试验验证,试验结果表明该方法有效、可靠。     

基于混合式断路器的直流电网保护方案研究

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流输电(high-voltage direct-current,HVDC)将是未来直流电网重要发展方向之一。相比电缆输电,长距离架空线输电成本低,而直流故障隔离是在架空线路上应用柔性直流输电的棘手问题。首先,研究混合高压直流断路器的直流故障处理方案,提出基于直流电网的3种保护方案,包括线路差动保护,母线差动保护和后备保护;其次,结合实际工程中的现有技术,论述选取参数的原则,采用架空线输电方式搭建了具有混合直流断路器的多端直流电网仿真平台并进一步验证了所提出方案的可行性和有效性。最后,通过仿真分析表明,混合高压直流断路器能够在数ms之内断开故障电流,所提出的3种保护方案能够自动、快速、有选择性地隔离故障,且无故障部分正常运行。     

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MMC的柔性直流输电线路双极性故障检测方法研究

为快速、准确地识别模块化多电平多端柔性直流输电线路中的直流侧故障,提出了一种基于时间特性的模块化多电平多端柔性直流输电线路双极性故障检测方法。对双极性故障情况下的行波以及换流器电压波动进行分析,通过故障线与非故障线之间第一电压行波特性的差异进行快速故障检测。通过仿真验证了双极故障检测方法的合理性。结果表明,该方法不受过渡电阻的影响,故障距离对其影响也非常小,可以对双极性故障进行快速检测。     

考虑过渡电阻影响的柔性直流配电系统电流突变量保护

柔性直流配电系统中,直流故障下,其换流器自身保护的闭锁速度快,有效故障信息极少,系统保护需要高速检测故障。基于有限的故障暂态信号,研究快速、准确识别故障区域的保护是直流配电系统发展的迫切需求。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统的暂态量保护。利用直流双极短路故障后的直流电流波形变化特征,计算电流波形曲率并以此为判据,与电流突变量(di/dt)算法相结合,实现不同过渡电阻故障的快速、可靠识别。该保护基于本地测量实现直流线路保护,计算量小,解决了传统电流突变量保护受过渡电阻故障影响无法正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建精细化多端柔性直流配电系统仿真模型,验证了所提出的电流波形曲率保护方法的动作性能,保障了直流配电系统的安全可靠运行。     

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.     

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。     

基于单端电气量的多端柔性直流配电系统暂态保护

随着配电系统结构的发展与变化,传统交流配电系统、高压直流输电系统的保护原理无法适用于多端柔性直流配电系统。目前所提直流配电线路的保护方案有2种思路:基于线路两端信息和基于线路单端信息。前者需要通信通道,要求两端数据的同步,动作速度慢;后者需要构造保护边界,增加系统经济成本。基于此,提出了一种基于单端电气量、无需构造保护边界的多端柔性直流配电系统暂态保护方案。首先,分别计算线路一侧的正、负极暂态电压与其正常稳态电压的标准差系数识别故障极。然后,分析发生区内故障时各电气量的时域解析关系,分别推导出单、双极故障时的微分方程以计算故障距离,从而实现区内、外故障的快速、可靠识别。最后在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。仿真结果表明,所提保护方案在各种故障情况下仅基于本地信息即可有效识别故障极和区内、外故障,有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力,满足直流配电网对保护速动性与选择性的需求。