VSC-HVDC频变参数电缆线路电流差动保护新原理

电压源换流器型直流输电（voltage source converter HVDC,VSC-HVDC）控制系统复杂,故障承受能力差,且多采用参数频变特性明显的电缆线路。提出一种频变参数电缆线路电流差动保护新原理。它建立在分布参数模型基础上,由两端电气量分别计算线路中点电流,并由此构造差动判据。为计算频变参数线路沿线任一点电流,提出一种计算沿线电流分布的新方法。仿真结果表明,该保护都能灵敏可靠地区分区内外故障,且对采样频率要求低,不受线路频变参数和分布电容的影响。     

考虑频变特性的直流线路故障行波精确计算方法及应用

输电线路参数存在频变特性,若在直流输电线路故障行波暂态计算中将其等效为固定不变的常数,则必然会导致计算误差增大。为此,文中基于叠加原理提出了适用于任意波形的时序波阻抗矩阵,以描述行波电压和电流间时域的频变关系;此外,利用双指数波对行波波形进行拟合,以获取更高的计算精度。在此基础上,将所提出的方法应用于直流线路故障测距,提出了一种考虑直流线路频变特性的故障定位新方法。基于PSCAD/EMTDC的实际直流工程算例的大量仿真测试表明,所提行波暂态计算方法能有效计及直流线路参数频变特性,对暂态行波的计算更精确,进一步提高了故障测距精度。     

利用波前广义Logistic函数拟合的直流输电线路快速保护原理

直流输电尤其是柔性直流输电对继电保护的快速动作提出更高要求。直流输电线路发生故障后,故障点处电气量包含全频带信号,故障点产生的行波在向线路两端传播的过程中,受到输电线路参数频变特性的影响发生色散,传播至线路首端的故障行波波前中将包含故障信息。该文基于行波波前的故障信息分析,利用行波波前畸变程度与故障距离、行波波前幅值与过渡电阻的关系,构造广义Logistic函数对零模故障电流波前进行拟合以提取故障信息,得到的拟合系数能反映故障距离和过渡电阻大小,据此提出一种新的直流输电线路快速保护原理。仿真验证表明,该原理动作快速准确,耐过渡电阻能力强。     

利用波前信息的直流输电线路超高速保护原理

高压直流输电对继电保护的快速动作提出要求。直流输电线路发生故障后,故障点电气量产生大量高频信号并向线路两端传播,受到输电线路参数频变特性的影响,保护测得的故障高频信号中包含故障信息。基于输电线路参数频变特性和故障点行波宽频特性分析了行波波前包含的故障信息,得出了故障零模电流行波波前形状变化程度与故障距离有关,故障零模电流行波波前幅值和过渡电阻有关的结论,据此提出了一种利用波形相关系数的直流输电线路超高速保护原理。仿真验证了该原理的快速性、可靠性和高耐过渡电阻能力。     

考虑频变参数的高压直流输电线路距离保护

提出了一种基于频变参数模型的高压直流输电线路距离保护方法。该方法的主要原理是将线路的频变参数特性用补偿矩阵表征,从而将频变参数模型传输矩阵分解为理想分布参数模型传输矩阵与补偿矩阵的级联,并在实际应用中将该补偿矩阵用有限冲激响应(FIR)滤波器实现。在此基础上,用保护安装处的电压电流准确地计算保护整定点处的电压电流;然后,以整定点为观测点,通过解时域微分方程求得故障距离。所述算法提高了直流线路末端故障的测距精度,容易在时域实现且动作快速,显著改善了高压直流输电线路距离保护的动作性能。     

基于数字孪生的柔性直流电网纵联保护原理

随着柔性直流输电技术的发展,直流电网越来越受到关注。但是,直流电网故障电流上升速度快,与电力电子的弱过流能力形成突出矛盾。直流线路保护需在数毫秒级完成故障判别,同时还需兼顾选择性、可靠性、灵敏性,极具挑战性。该文提出了基于数字孪生的柔性直流输电系统纵联保护原理,在考虑直流线路参数频变的基础上,建立精确的直流线路数字孪生模型,利用状态估计的冗余特征提升了保护的可靠性,通过比较测量值与估计值之间的差异判别故障。仿真表明,所提保护方法可快速可靠地判别区内、外故障,并具有较好的耐受过渡电阻和抗干扰的能力。     

两电平柔性直流输电换流器故障保护及故障诊断方法

正近日,国家知识产权局公布专利"两电平柔性直流输电换流器故障保护及故障诊断方法",申请人为西安科技大学。本发明公开了一种两电平柔性直流输电换流器故障保护及故障诊断方法,包括以下步骤:步骤一,换流器故障保护,具体过程为步骤101、换流器出口电流信号采集及处理,步骤102、使故障换流器的IGBT器件不再工作,步骤103、故障换流器所在换流     

柔性直流输电线路双端故障定位新方法

基于直流输电线路参数呈现明显的频变特性,提出了一种VSC-HVDC直流输电线路的故障定位方法。该方法利用两端电压、电流量分别计算沿线电压分布,并以电压分布在故障点处相等为判据进行故障定位。在频变参数模型基础上,利用相应的线路参数计算沿线任意点电压的时域值,并分析了数据窗长度对故障定位精度的影响。仿真结果表明,该方法可以实现全线范围内的快速准确的故障定位。     

考虑频变参数和直流控制的直流输电系统线路故障解析

提出了考虑频变参数和直流控制的直流输电系统线路故障时域解析方法,为直流线路故障分析与故障检测提供了解析基础和实用工具。首先,建立了直流输电系统线路故障的复频域模型,推导了故障电气量的复频域表达式。继而,根据故障行波沿直流线路的传播规律,提出了频变参数的惯性等值模型;根据直流线路故障后直流控制系统的动作规律,提出了直流控制的比例—积分等值模型。进一步,基于频变参数和直流控制等值模型,对复频域故障电气量进行拉氏反变换得到时域表达式,并对解析结果与EMTDC仿真结果进行比较,相关结果验证了所提出的解析方法的有效性。最后,探讨了故障解析可能的工程应用场景,以直流线路行波保护为例进行了具体分析,分析结果表明故障解析具有良好的工程应用价值。     

基于HB-MMC的直流电网直流线路保护技术研究综述

由于基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter,HB-MMC)的柔性直流电网系统控制方式和自身拓扑结构的特殊性,直流侧发生短路故障时,其故障电流具有上升速度快、峰值高的特点,极易损坏换流站中的半导体器件。又由于直流故障电流没有自然过零点,直流断路器难以将故障切除,因此,直流输电线路的短路故障对保护系统提出了更高的要求。基于柔性直流电网的拓扑结构、直流侧故障特征,从直流故障电流的限制、直流输电线路保护原理等方面,系统地介绍了国内外基于HB-MMC直流电网的直流输电线路故障处理与保护技术的研究现状,重点分析了柔性直流电网直流线路的保护原理,探讨了目前柔性直流电网故障处理和保护技术面临的关键问题及未来进一步的研究方向。     

含混合型MMC的四端柔性直流电网改进自适应重合闸策略

柔性直流电网是进行大规模新能源远距离架空线传输的重要技术手段。但架空线比直流电缆更容易发生瞬时性短路故障,待故障消失后需迅速重合闸。若直流电网发生永久性故障,常规基于换流器主动信号注入的故障性质判别方法易对直流电网的稳定运行产生较大干扰。针对上述问题,提出一种基于混合型模块化多电平换流器（MMC）主动信号注入的柔性直流电网改进型自适应重合闸方法,在混合型MMC极控制器中附加主动信号控制,使柔性直流电网在不中断功率传输的前提下实现故障性质辨识。此方法具备较强的耐过渡电阻能力,且不影响柔性直流电网功率传输的稳定性。在PSCAD/EMTDC搭建了混合型MMC四端柔性直流电网的电磁暂态模型,通过仿真验证了该方法在配备混合型MMC和机械式直流断路器的柔性直流电网中的有效性。     

基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案

针对限流电抗器安装在换流站出口，基于线路边界元件特性的多端柔直电网线路保护难以适用的问题，提出了基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案。首先，通过分析故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在直流侧呈现的阻抗频率特性，推导出实际频率大于谐振频率时MMC等效阻抗呈感性。然后，通过分析母线处电压行波折射系数的幅频特性可知，折射过程会对故障电压行波中的低频分量具有较明显的衰减作用，并以此为依据分析区内外故障时线路两侧换流站不同出线低频暂态能量比值的差异，可利用此差异识别故障。最后，PSCAD/EMTDC的仿真结果表明，所提保护方案能够可靠识别故障，不依赖线路边界元件，且具有一定的耐过渡电阻能力。     

基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案

柔性直流输电对继电保护的速动性及可靠性提出了更高的要求。为实现直流故障的快速可靠识别,文中分析了模块化多电平换流器(MMC)的控制参数在系统发生故障时的响应特性,并提出了一种MMC型高压直流输电线路保护新方案。根据MMC控制参数定义了虚拟能量调节偏差,利用虚拟能量调节偏差对系统故障时的响应特性识别直流线路故障,并结合虚拟能量调节偏差的比值进行故障类型的判别。该保护方案融合了交直流侧的故障信息,提高了保护的可靠性,保护判据利用了换流器控制参数信息,无须测量线路的电气量。仿真结果表明,所提保护方案可以快速准确动作且具有较强的耐过渡电阻能力。     

柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性,直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点,极易损坏换流器件和设备绝缘,且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此,对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障,不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别,也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制,以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征,从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面,系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构,以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。     

A fault location criterion for MTDC transmission lines using transient current characteristics

Multi-terminal DC (MTDC) transmission system is applied in modern power systems due to its technical features. In an MTDC system, the converter stations are generally connected in parallel. To smooth the DC current output from the converter, the smoothing reactors are integrated in the converter outputs, instead of in the DC transmission line. When a fault occurs on the DC transmission line of the MTDC system, the fault current will flow along the whole DC line. As a result, the protection scheme may not locate the fault accurately. Based on the characteristics of DC filter, this paper analyzes the impedance characteristics of the combinational circuits, and proposes a method to identify the fault location by the characteristic harmonic. A protection criterion of the non-integer harmonics comparison is composed with phase-frequency characteristics curve derived from complex wavelet transform. The inevitable blind zone is analyzed in theory which exists on the terminal of transmission lines just like distance protection in AC systems. The algorithm is successfully tested and compared with other techniques.     

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。     

基于参数识别的继电保护原理初探

从网络分析理论出发,通过建立网络响应和网络参数之间的数学模型,利用网络的全响应信号,采用模型参数识别的方法得到故障网络的故障参数信息构成保护原理。参数识别的保护原理不受系统运行方式变化的影响,不受过渡电阻和系统振荡的影响。初步研究表明,利用该原理可以解决单端电气量无系统误差的准确故障定位、快速方向元件、串补电容线路故障位置的可靠识别和小电流接地系统准确故障选线等工程难题,具有良好的应用前景。     

Fault identification scheme for protection and adaptive reclosing in a hybrid multi-terminal HVDC system

A fault identification scheme for protection and adaptive reclosing is proposed for a hybrid multi-terminal HVDC system to increase the reliability of fault isolation and reclosing. By analyzing the "zero passing" characteristic of current at the local end during the converter capacitor discharge stage, the fault identification scheme is proposed. The distributed parameter-based fault location equation, which incorporates fault distance and fault impedance, is developed with the injection signal and the distributed parameter model during the adaptive reclosing stage. The fault distance is determined using a trust region reflection algorithm to identify the permanent fault, and a fault identification scheme for adaptive reclosing is developed. Simulation results show that the proposed scheme is suitable for long-distance transmission lines with strong anti-fault impedance and anti-interference performance. Also, it is less affected by communication delay and DC boundary strength than existing methods.     

计及汇流母线行波特性的三端混合直流系统行波解析方法

三端混合直流输电系统区别于两端直流系统,由于两段参数各异的线路通过汇流母线连接换流站,因此当故障行波经过汇流母线时将产生复杂的折反射而出现畸变,而现有的两端直流系统行波解析方法因未计及该特性而不适用。文中计及汇流母线的行波特性,搭建了三端混合直流输电系统的行波解析等值模型;在此基础上推导出故障初始行波、线路传播衰减与畸变系数以及汇流母线和换流站的行波折射系数的复域表达式,从而构建各换流站测点故障行波的复域模型。提出了三端混合直流输电系统的复域与时域、模量与极线量的行波解析计算方法。然后,基于所提方法对三端混合直流线路的行波保护进行定值整定计算与灵敏度分析。最后,采用PSCAD构建三端混合直流系统的电磁暂态仿真模型,通过大量电磁暂态仿真验证了所提方法的正确性与高计算效率。     

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。