基于模糊逻辑的UPFC线路新型正序故障分量方向元件

统一潮流控制器(UPFC)可以灵活控制线路潮流,提高电力系统运行稳定性,但其接入会对线路保护的动作性能产生影响。针对UPFC线路正序故障分量方向元件在反方向故障时易发生误动的问题,提出了基于模糊逻辑的适用于UPFC线路的新型正序故障分量方向元件。首先,通过增加UPFC线路侧电压互感器,与原有的母线电压和线路电流测点组成新型保护单元。在此基础上,对传统方向元件的动作区域进行划分,进而应用模糊逻辑,通过设置合理的隶属度函数、权重和故障方向判据,利用综合隶属度函数实现故障方向的判别。最后,基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,新型方向元件在UPFC不同运行方式、不同故障类型和过渡电阻等条件下,均可正确判别故障方向,保障了UPFC接入后电网的安全可靠运行。     

统一潮流控制器接入对距离保护的影响及对策

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)接入交流系统将改变传输线的潮流,进而对距离保护产生重要的影响。为了研究UPFC的接入对线路距离保护的影响,文章建立了UPFC直流侧电压的暂态数学模型,进而推导出在UPFC存在时阻抗元件的测量阻抗表达式。通过定量分析测量阻抗在阻抗复平面上的轨迹变化,发现UPFC的串联侧注入电压改变阻抗元件的动作边界。为了减小UPFC对距离保护性能的影响,提出了距离保护的偏移圆特性,并配合功率方向元件构成完整的距离保护方案。在MATLAB/Simulink中建立UPFC系统模型,仿真结果表明,与基于广义回归神经网络的自适应保护方案相比,所提出的距离保护方案具有更高的可靠性、选择性和灵敏度。     

适用于UPFC接入线路的主动注入式故障测距方法

针对统一潮流控制器(UPFC)接入线路场景下传统被动式故障测距方法的精度难以保障的问题,提出基于控制与保护协同思想的主动注入式UPFC接入线路故障测距方法。该方法在接入线路故障隔离后,充分利用基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器的高度可控性,将串联侧模块化多电平换流器切换至附加控制模式,向接入线路主动注入特征电压,进而通过单端量的解微分方程算法实现故障测距。所提方法将UPFC作为信号源,向接入线路单侧注入电气信号构建故障测距方程,可解决被动式故障测距方法易受UPFC运行特性和过渡电阻影响的问题,提高故障测距的准确性和可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建UPFC接入线路模型,仿真结果验证了所提故障测距方法的可行性和有效性。     

500 kV苏南UPFC接入对距离保护的影响及应对策略

在苏州南部地区接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以提升电网供电能力,但是UPFC的接入会对输电线路保护的可靠性、选择性和灵敏性产生影响。文中基于500 kV苏南UPFC工程,结合线路故障后UPFC系统的控制保护逻辑,通过建立含UPFC的电力系统故障等值模型,分析了UPFC接入对线路两侧距离保护动作特性的影响并提出应对性策略。     

500 kV UPFC对工频变化量方向保护的影响分析

作为灵活交流输电系统(FACTS)的典型应用之一,统一潮流控制器(UPFC)可对线路的有功和无功潮流进行快速调节。考虑UPFC保护系统在交流线路故障后可快速将UPFC从系统中隔离,在UPFC安装处形成功率变化量源,从而对工频变化量方向保护造成影响。以国内某实际500 kV UPFC工程为依托,介绍了UPFC的工作原理及其保护系统设计,依据工频变化量方向保护的动作原理,以UPFC本侧保护为例,定量分析了正反向故障时的工频变化量阻抗特征。正方向故障时,工频变化量阻抗仍近似反映为系统阻抗与线路阻抗之和的相反数,工频变化量保护可靠动作。反方向故障时,故障后测量电压跌落至0.917 p.u.以下是工频变化量方向保护可靠不误动的充分不必要条件,而电压变化量补偿系数λ的实部小于-1是工频变化量方向保护误动的充分必要条件。进一步地,也提出了相邻线路保护的电压变化量补偿系数λ以及定量分析结果。RTDS仿真结果验证了理论分析的有效性和准确性。     

基于特征电压注入的UPFC接入线路三相自适应重合闸方案

输电线路自适应重合闸技术的难点在于故障性质的准确判别。针对统一潮流控制器(UPFC)接入线路的故障场景,利用UPFC灵活的可控性,文中提出基于特征电压注入的三相自适应重合闸方案。首先,通过切换UPFC串联侧模块化多电平换流器(MMC)控制方式,采用定U/f控制注入特征电压。在此基础上,通过判断线路是否产生特征电流识别永久性故障与瞬时性故障;针对高阻故障的特殊场景,进一步提出阶段性注入特征电流判据提高故障性质判别的可靠性。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提出的三相自适应重合闸方案的可行性和有效性。     

基于母线关联出线暂态频谱信息的UPFC线路纵联保护

统一潮流控制器(UPFC)作为新一代柔性交流输电系统元件在输电线路中逐渐应用,需要对含UPFC线路的保护原理进行深入研究。通过分析UPFC对线路故障暂态影响,得出高频分量经其串联侧时发生严重衰减,使仅利用单端暂态量的保护可靠性下降。分析母线关联出线的故障暂态特征可知,同一母线的故障侧线路与非故障侧线路的电流频谱分布存在明显差异。通过采用小波能量熵提取母线各出线暂态信息,提出一种适用于含UPFC线路的方向纵联保护方案。仿真结果表明,该方案可准确识别区内、外故障及母线故障,在不同过渡电阻、故障初始角等故障情况下,均具有较好的灵敏性和可靠性。     

以UPFC为边界的新型线路距离保护方法

统一潮流控制器接入线路后使线路阻抗均匀性发生变化，传统距离保护动作性能受到影响。本文基于输电线路阻感模型提出一种以UPFC为线路边界的线路时域距离保护方法。利用保护安装处的时域电气量建立阻感模型微分方程组，使用最小二乘法对微分方程组求解，建立保护安装处电压实际值与计算值之间的拟合误差，通过计算得到的故障距离和拟合误差判断统一潮流控制器接入位置与故障点之间的关系。在PSCAD/EMTDC上进行仿真验证，实现以UPFC为边界的线路区内外故障判定。     

考虑新型拓扑结构的统一潮流控制器五端功率注入模型

南京西环网中统一潮流控制器(UPFC)装置的串联侧变压器接入220kV铁北—晓庄双回线路,并联侧连接在临近的35kV燕子矶母线,这种新型拓扑结构对UPFC的系统级建模提出了更高的要求,既要考虑UPFC控制双回线路的特点,还要体现UPFC对并联侧母线及后续线路的影响。为此,文中提出了一种适用于新型拓扑结构的UPFC五端功率注入模型,在考虑串联侧控制双回线路且并联侧节点可灵活的情况下,基于注入功率法推导了该模型的数学表达式,并给出了PSASP软件下UPFC五端模型的潮流计算原理和实现方法。在该模型的基础上,进一步实现了UPFC串联侧双线控制策略,并基于南京UPFC工程实际数据进行正常运行状态和串联线路N-1故障的仿真计算,结果验证了该模型的准确性、灵活性和全面性。     

统一潮流控制器与串补对线路保护影响的比较分析

统一潮流控制器(UPFC)通过串联变压器在输电线路注入幅值和相角均可控的电压矢量,等效串联接入电容或电感,从而提高电网输送效率。与此相似,输电线路通过接入串补可提升线路的输送能力。目前串补在超高压输电线路上有着广泛应用,串补对保护的影响有完备的处理措施,而UPFC这一全新电力电子设备接入系统后对周边系统及保护的影响尚无深入研究。本文通过比较分析UPFC与串补接入系统后电气特征、对保护的影响及相应的保护配置等方面的异同,明确UPFC在各种运行情况下的等效特性以及保护适应性解决策略,为UPFC接入后系统的稳定可靠运行奠定基础。     

苏南UPFC工程保护配合策略研究

统一潮流控制器(UPFC)是一种能够独立、快速、精确、连续控制系统电压和潮流的最新一代柔性交流输电系统装置,为解决城市电网发展受限问题提供了有效手段。文中针对苏南UPFC工程中保护配置展开研究,介绍了UPFC本体保护的三取二功能以及UPFC的重启策略,在继电保护配置情况及动作策略基础上,提出了UPFC本体保护与交流线路、变压器保护等保护的配合策略。并结合500 k V苏州南部电网UPFC工程实时数字仿真(RTDS)与入网系统调试,给出实际保护配合策略的功能和效果,试验结果表明可有效保护UPFC。     

基于PSASP用户自定义的UPFC潮流控制模型

为建立与电力系统分析综合程序（PSASP）相适应的统一潮流控制器（UPFC）潮流控制模型,提出一种解耦控制方法。串联侧分别采用串联注入电压的q轴和d轴分量控制线路传输的有功功率和无功功率,并联侧基于瞬时功率理论,采用并联侧电流的q轴分量控制UPFC并联接入点母线电压,通过改变UPFC与网络接口节点的注入电流实现UPFC的潮流控制目标。在国内某500kV电网上进行了潮流控制计算,计算结果表明,所建立的模型正确、可行,完全可用于含UPFC的实际电网的工程研究和分析。     

统一潮流控制器对线路纵联保护的影响分析

外部交流系统故障时,统一潮流控制器的保护可能动作于使统一潮流控制器退出运行。这将引起交流系统中电气量的再一次快速变化,与交流故障造成的扰动形成“电气竞争”,可能给线路纵联保护带来不利的影响。对南京西环网统一潮流控制器示范工程进行了介绍。并在分析统一潮流控制器保护系统设计原则的基础上,通过理论分析和数字仿真研究了统一潮流控制器对纵联零序保护、纵联距离保护和工频变化量方向保护的影响。研究表明统一潮流控制器的接入可能导致工频变化量方向保护区内故障拒动或区外故障误动,有必要对相关线路的保护进行改造。     

Performance evaluation of a distance relay as applied to a transmission system with UPFC

This paper presents analytical and simulation results of the application of distance relays for the protection of transmission systems employing flexible alternating current transmission controllers such as the unified power flow controller (UPFC). Firstly a detailed model of the UPFC and its control is proposed and then it is integrated into the transmission system for the purposes of accurately simulating the fault transients. An apparent impedance calculation procedure for a transmission line with UPFC based on the power frequency sequence component is then investigated. The simulation results show the impact of UPFC on the performance of a distance protection relay for different fault conditions; the studies also include the influence of the setting of UPFC control parameters and the operational mode of UPFC.     

统一潮流控制器的分析与控制策略

文中分析了统一潮流控制器（UPFC）系统的电压、无功功率和有功功率的平衡,得到了与UPFC控制相关的2个重要结论。首先,分析表明在UPFC输入端电压保持不变的情况下,线路无功潮流的变化实际上是由并联变换器提供的;其次,UPFC端电压既可以从发送端控制也可以从接收端控制。基于以上分析,提出了一种新颖的UPFC控制策略。在该策略中并联变换器控制UPFC直流母线电压和输电线无功潮流,而串联变换器控制UPFC输入端母线电压幅值和输电线有功潮流。同时,在控制系统中加入有功／无功功率协调控制,可在潮流调节中获得良好的静态、动态性能。最后,通过实验验证了所提出的控制策略的有效性。     

UPFC的交叉耦合控制及潮流调节能力分析

研究了UPFC控制传输线路潮流能力，通过对系统功率平衡及UPFC的潮流控制特性分析，在三维空间中绘出了UPFC各部分的功率运行曲面，为有效选取UPFC各部分的功率容量和判断潮流控制方案的可行性提供了一个直观的手段，说明了在UPFC中采用交叉耦合控制的可行性。利用串联变换器注入传输线路电压的d轴分量控制传输线路上的无功潮流，用q轴分量控制传输线路上的有功潮流。控制系统设计中利用频率特性法得到了功率环PI调节器的参数。实验结果表明采用文中所述的控制策略能够使UPFC有良好的潮流调节性能。