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。     

配电网缆-线混合线路故障选线的可拓融合方法

城市配网缆-线混合线路的应用越来越广泛,单位长度电缆较架空线路充电电容大,且电缆参数依频特性严重,缆-线混合线路单相接地的电压电流故障暂态分量更为显著。提出了配电网缆-线混合线路暂态量故障选线的可拓融合方法,运用可拓理论将各馈出线故障零序电流的感性衰减直流分量特征与暂态分量小波包分解综合相关系数进行融合。以可能的故障线路集合、故障特征集合和特征规定的量域作为可拓融合的物元三要素,以衰减直流分量和小波包分解综合相关系数作为特征集合。根据故障合闸角的大小客观地确定权函数,利用可拓关联函数计算各条线路故障的置信度,根据置信度判断故障出线。大量仿真结果表明该方法选线准确、可靠。     

基于波形相关性的直流配电网主动式接地故障选线

采用小电流接地方式的直流配电网发生单极接地故障时故障特征较弱,为准确可靠选出故障线路,文中提出基于注入信号波形相关性的接地故障选线方法。所提方法首先将预先设计的附加控制策略施加于直流配电网的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)上,实现探测信号注入。然后结合零模网络,得出故障特征为：各条健全馈线首端计算的特定频率零模电流流向相同、而其与故障馈线首端计算的零模电流流向相反。最后,基于该故障特征设计选线判据,引入皮尔森相关性系数比较各条馈线的归一化零模电流和总归一化零模电流的相关性,根据健全馈线相关性系数接近于1、故障馈线相关性系数接近于-1的特征完成故障选线。仿真结果表明,所提方法在高阻接地故障下能可靠识别发生在母线或各条馈线任意位置的单极接地故障。     

基于电流故障分量的柔直配电线路纵联保护原理

柔性直流配电网供电可靠性高、传输容量大,但其继电保护系统还不完善。为此,提出一种基于电流故障分量波形相似度的柔直配电网纵联保护方法。首先,分析了不同故障下两端正负极电流故障分量的极性特征。在此基础上,提出了基于两端正负极电流故障分量波形相似度的双端量保护方法。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真分析和验证。结果表明该方法只需电流量即可同时实现故障识别和选相,易于实现;由于利用了两端电流故障分量的相似度,不受线路分布电容电流影响、耐受过渡电阻和噪声干扰能力强、重负荷高阻故障情况下仍能正确识别,且不受换流器闭锁影响。     

基于馈线零序阻抗特性的谐振接地故障选线方法

谐振接地配电网发生单相接地故障后,健全线路的零序阻抗在最小串联谐振频率以下的各频段呈电容特性;故障线路的零序阻抗在高频段呈电容特性,在低频段呈电感特性。依据这一现象,提出一种基于馈线零序阻抗特性的故障选线方法。通过低通和带通数字滤波器提取母线零序电压和各馈线零序电流的高频分量和低频分量,并分别对母线零序电压的高频分量和低频分量求导。由于容性线路的电压导数与电流的比值为定值,故母线零序电压导数与健全线路零序电流的比值在高频段与低频段相等,其实际差值近似为0;母线零序电压导数与故障线路零序电流的比值在高频段与低频段不等,其差值较大,据此构成故障选线判据。理论分析和仿真结果表明,该方法选线准确、可靠且适应性强。     

高频谐波扰动下直流电网阻抗模型特征分析

直流配电网故障发展迅速且无固定频率的故障特征分量,因此,其故障特征的准确解析有重要的研究意义。从直流故障状态下系统阻抗特性分析出发,重点研究各类直流换流器的频率-阻抗响应。基于DC/DC变换器和模块化多电平换流器谐波通路,根据元件参数特性进行合理等效与简化,建立了上述变换器的高频阻抗模型。所述模型不受换流器控制策略影响,能够精确反映各类换流器的高频阻抗特性。     

暂态零序电流波形差异的单相接地故障选线

配电网结构日趋复杂,系统发生单相接地故障的概率较高。文中在选定频段(SFB)内配电网零序电流分布特征研究的基础上,提出了基于暂态零序电流波形差异的配电网单相接地故障选线新方法。该方法利用小波包变换引入基于SFB的馈线零序电流特征分量的概念,定义符号化处理后的各馈线零序电流特征分量的互差绝对值之和为馈线零序电流波形差异系数,并根据故障馈线零序电流波形差异系数最大的特点进行选线,凸显了故障馈线与健全馈线之间的差异。PSCAD仿真表明文中方法选线准确率和可靠性高,不受故障电阻、故障距离、中性点接地方式、电弧和噪声的影响。     

计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法

针对高渗透率分布式光伏发电并网造成主动配电网原有保护无法适应的问题,提出计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法。根据分布式光伏发电低电压穿越控制策略对其故障特性的影响,定性分析了光伏发电故障电流与并网点电压的相位关系,推导主动配电网各馈线电流正序故障分量特征,结合电压信息,提出基于母线故障前电压正序分量与各馈线正序电流故障分量相位比较的保护方法。最后利用PSCAD建立主动配电网系统模型,对所提方法进行仿真算例分析,结果表明该方法正确、有效。     

基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法

配电网中发生高阻接地故障时,短路电流小于传统过流保护的阈值,无法被常规保护装置检测和清除。若不及时消除短路电路,极易演化成严重故障。针对该问题,文中首先分析发生高阻接地故障时配电网的故障分量特征和基于母线处的正序电压故障分量与其相连接的各馈线正序电流故障分量的相位差特征,给出适用于配电网高阻接地故障检测的故障判据。然后,为解决配高阻接地故障检测过程中系统不平衡引起的一系列问题,制定了相应的故障检测启动判据。基于该故障检测判据和启动判据,制定基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立含架空线路的中压配电网模型,仿真结果验证了所提高阻接地故障检测方法的正确性。     

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。     

基于零序暂态电流方向判断的小电流接地选线方法

当非直接接地的配电网发生单相接地故障时,大部分情况下故障电流的稳态分量较小或为0,导致许多基于稳态分析的小电流接地选线装置的选线效果不理想。作者分析了6 kV模拟电网的大量实验数据,得到电弧接地故障时故障线路与非故障线路零序暂态电流的特征。在此基础上提出用各线路零序暂态电流相互点积积分平均值的正负来判断故障电流的方向,并采用一个时间段的积分平均值作为判断量,有效地提高了故障选线的准确性和可靠性。该方法计算量较小,能在单片机上实现,并具有在线纠错能力,对中性点不接地或经消弧线圈接地的电网均有效。     

小电流接地故障暂态方向保护原理研究

分析了小电流接地系统接地故障暂态零序电压电流特征。根据线路的相频特性将频率分为不同区段，论证了在一选定的低频区段内，所有健全线路分别可用一集中电容等效；在该选定频段内，故障线路暂态零序电流或无功功率方向与非故障线路相反。据此提出了检测暂态零序容性电流或无功功率方向的暂态方向保护算法。该方法灵敏度、可靠性高，不受消弧线圈和不稳定电弧的影响。实际故障数据验证了该方法的正确性。     

配电网馈线零序电流随过补偿度动态调节的变化特性分析

分析了过补偿度动态调节过程中,不同故障过渡电阻及馈线对地电容参数下故障馈线和非故障馈线零序电流的变化特性。建立了馈线线路零序电流关系表达式,在过补偿区域、欠补偿区域和全区域内动态调节过补偿度,给出了多场景下馈线零序电流变化曲线。分析结果表明:经过渡电阻单相接地故障下,在过补偿度小于零且大于故障线路对地电容占母线所有出线对地电容之和比例的相反数区间,故障线路与非故障线路零序电流幅值变化特性一致;在过补偿度大于零区间,当过渡电阻大于边界值时,两者变化特性一致,该边界值与馈线线路对地电容成反比。研究结果为残流增量法接地故障选线的改进提供了重要的理论依据。     

利用暂态特征的新型小电流接地故障监测系统

介绍一种小电流接地故障监测系统的构成、工作原理及现场应用情况。基于故障产生的暂态零序电压电流在特定频段(SFB)内分量呈容性的关系,利用暂态零序电流幅值比较、极性比较及暂态无功功率方向原理实现故障线路综合选择,并利用瞬时接地故障信息对线路绝缘状态进行监测。该系统结构合理、可适用于配电网自动化系统和变电站自动化系统,检测方法不受消弧线圈、不稳定电弧影响,同时可检测消弧线圈支路接地、网络中存在闭环运行线路等特殊故障。     

基于主动限流控制的直流配电网保护及故障隔离方案

柔性直流配电网中直流故障易引起系统过流,严重威胁电网的安全运行。基于全桥子模块的模块化多电平换流器(FBSM-MMC)的柔性直流配电网大多利用MMC闭锁来切断故障电流,但其闭锁会导致整个直流配电网的短时停电,降低供电的可靠性,迄今尚无有效的解决方案。对此,文中提出一种基于FBSM-MMC主动限流控制的柔性直流配电网保护及故障隔离方案,共包含3个阶段:故障发生后首先利用MMC主动限流控制将换流器输出直流电流限制在1.2倍额定电流附近(阶段1),进而根据各条线路两端直流电流是否具有同步性过零特征实现故障线路的识别(阶段2),在此基础上,进一步提出基于直流断路器与快速机械开关协同配合的故障隔离方案(阶段3)。通过断开故障关联的直流断路器,并控制相应换流站的输出直流电流降低为0,使得故障线路上的机械开关亦能快速开断,从而实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流配电网模型,通过大量仿真验证了所提保护及故障隔离方案的可行性。     

基于相电流间相位关联特征的馈线单相接地保护新原理

配电网单相接地故障时,故障馈线上的故障相暂态电流分量包含了所有馈线上非故障相的暂态电流分量,经复小波变换后故障馈线的各相之间形成幅值和相位之间相对关联特征.依据此特征提出了基于组合复小波频带等效相位判据构成单相接地保护新原理.该保护是依据三相暂态电流之间存在相位关联特征,经组合复小波变换提取频带等效相位特征构成保护相位特征判据,并在判据中引入消除坏数据影响的风险系数.大量仿真验证了所提出的保护原理能够准确地判别单相接地故障,具有较高的可靠性和灵敏度,无须整定计算,自适应能力强,适合于非有效接地方式的各种配电网;保护方式可直接融合于间隔单元中,并作用于一次性重合方式,可大大提高供电可靠性.     

利用暂态信号的配电网小电流接地故障检测技术

小电流接地电网单相接地故障电流小,电弧不稳定,难以检测.文中分析了接地故障暂态过程特征,提出比较暂态零序电流幅值、极性的故障选线新方法.该方法检测可靠、不受消弧线圈、故障点不稳定的影响.提出了记录瞬时性接地故障对线路绝缘进行评估的新思路.实际接地故障录波结果验证了提出的检测方法.     

Single‐phase‐to‐ground fault feeder identification based on the feature between voltage and integration of current

The availability of an accurate fault identification technique can result in considerable reduction in the restoration time of a faulted distribution network. In this paper, a fault feeder identification strategy for distribution network grounded by a Petersen coil based on the feature between voltage and integration of current is proposed in which the frequency band concerned is involved. First, the phase–frequency characteristics, which depend on the parameters of the distribution feeders, are analyzed for the characteristic frequency band. Also, the relation between the voltage and the integrated current is given in detail. Then, the value of the average ratio of the zero‐sequence voltage in the bus and integrated current in the feeders can be used to establish the detection criterion to discriminate between healthy feeders and the faulty one. Finally, the reliability and the validity of this algorithm are extensively studied with PSCAD /EMTDC , in which a wide range of fault conditions with different fault resistances are taken into account. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

利用零序电流倍增特征的不接地系统故障选线

针对中性点不接地系统单相接地故障选线困难的问题,通过母线故障相接地故障转移与中性点接入小电阻的方式来增强故障信息从而选出故障线路。建立了故障转移阶段、并联电阻投入前后各个阶段的零序网络模型,分析了健全线路和故障线路各自的零序电流幅值的变化特征。在中性点小电阻投入、母线开关分闸前后各馈线零序电流幅值变化明显,健全线路零序电流在母线开关分闸后显著减小而故障线路零序电流增大。利用故障线路与健全线路的零序电流变化特征构建了不接地系统故障选线判据。大量的仿真计算验证了该方法对于不接地系统单相接地故障良好的适应性,有助于进一步提高故障选线准确率。