直流滤波器对电压突变量保护的影响及保护策略优化

针对使用晶闸管作为换流器件的直流输电系统线路接地故障,给出了目前主流的电压突变量保护逻辑,分析了直流滤波器对线路接地故障特征量的影响,指出了在直流线路靠近换流站的区域发生接地故障时直流滤波器产生的谐波电流会导致电压突变量保护的电流方向判断错误,进而引起电压突变量保护拒动。基于此,提出了一种优化的电压突变量保护原理和定值整定方法,消除了直流滤波器产生的谐波电流对电压突变量保护的影响,最后通过RTDS试验对优化后的电压突变量保护策略进行了仿真验证。     

高压直流输电系统直流滤波器接地故障机理分析

高压直流输电系统以双极大地回线方式运行,较为典型。文中对此方式下直流滤波器电容区和调谐区的接地故障机理进行了研究,先分别构建其等效电路,然后定量分析其电气量特征,最后,以仿真实验加以验证。理论分析和仿真实验均表明,采用基尔霍夫电流平衡原理的差动保护反映直流滤波器接地故障时,选择包括直流分量在内的全波电流要比选择特征谐波电流更为合理,并具有更高的灵敏性和可靠性。     

直流滤波器高压电容器接地故障保护判据和方案

直流滤波器高压电容器发生接地故障对直流输电系统的安全、稳定运行影响巨大,现有的直流滤波器高压电容器接地故障保护方法存在选择性差、灵敏度低、定值整定困难等问题。立足于直流输电系统和直流滤波器高压电容器保护的需求,结合常用的H型高压电容器的结构特点,简化接地故障模型,提出了不依赖运行工况的新型高压电容器接地故障保护判据和保护方案,解决了现有保护存在的问题。使用实际的特高压工程仿真模型模拟高压电容器接地故障,验证了提出的保护判据和方案的有效性和正确性。     

参数失谐对基于滤波器的高压直流输电系统直流侧谐波电压测量的影响

将测量的高压直流输电系统直流侧滤波器电流进行傅里叶分解得到各次谐波电流,结合滤波器已知的阻抗-频率特性计算得到直流侧的谐波电压。推导了采用常规直流单调谐滤波器时谐波电压测量误差与参数失谐度之间的关系,分析了不同元件的失谐度对各次谐波电压测量的影响和谐波电压测量误差对滤波器元件参数失谐的灵敏度。仿真计算结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

基于粗糙集的三调谐直流滤波器失谐故障元件检测方法

通过三调谐直流滤波器谐振频率对其元件参数的灵敏度分析,揭示了三调谐直流滤波器各元件参数变化对谐振频率的影响机理,以此为基础提出了一种基于粗糙集理论的三调谐直流滤波器失谐故障元件检测方法。该方法将滤波器元件参数微变引起的各次谐波电流相对变化量作为条件属性,参数微变元件类型作为决策属性,以此建立决策表,通过对决策表的属性约简导出造成滤波器失谐的故障元件检测规则,并讨论了确定性因子、覆盖度和置信度等检测规则的评价指标。通过对实际直流系统的大量仿真计算表明,该故障元件检测方法简单、有效。     

电流差动保护在柔直接入的交流电网中适应性 分析及改进措施研究

为适应新能源规模化接入电网,柔性直流输电技术应用日益广泛,我国电网已初步成为交直流混联电网。交流系统发生故障时,柔直系统提供短路电流的特征与传统同步发电机相比发生显著变化。首先分析故障特征的变化,柔直侧由于故障电流幅值受限,且负序阻抗无穷大,导致故障电流的幅值和相角与交流侧不同。分析了输电线路电流差动保护由于区内故障时两侧电流夹角增大,导致电流差动保护的动作量减少、制动量增加,导致灵敏度下降甚至拒动。在此基础上,提出了差动保护判据的改进方案：分别利用零序电流、负序电流和正序电流突变量构成辅助判据,提高区内接地故障和相间短路时电流差动保护的灵敏度,从而提高了差动保护在含柔直接入交流电网中动作的可靠性。最后,通过仿真验证了所提方案的可行性。     

基于特征谐波测量阻抗的HVDC接地极线路保护新原理

针对高压直流输电系统接地极线路高阻、远端接地故障保护灵敏度低的问题,提出一种基于特征谐波测量阻抗的高压直流输电系统接地极线路保护新原理。首先,基于接地极系统等效电路,定义线路量测端测得的特征谐波电压与入线特征谐波电流之比为接地极线路特征谐波测量阻抗,并对接地极线路故障前后特征谐波测量阻抗的特征进行理论分析与推导。随后,在此基础上构造基于特征谐波测量阻抗幅值比的故障保护判据。通过PSCAD/EMTDC搭建的仿真模型,验证不同工况下保护判据的有效性和可靠性。仿真结果表明,该文所提的原理保护范围接近线路全长,具有较强的抗过渡电阻能力,且具有一定的抗噪声干扰能力。同时,该保护原理无需增加其他的硬件设备,具有良好的适用性和实用价值。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

背靠背直流输电故障闭锁后过电压分析和优化

背靠背直流输电系统某些靠近接地点端发生直流母线接地故障时,系统闭锁后会出现过电压现象。本文分析其原因为故障点与接地点形成短路回路,引起阀短路保护先于极区接地保护动作。此类故障情况下,阀短路保护动作后执行立刻闭锁,在闭锁过程中造成直流系统过电压;而单独的直流母线接地故障执行正常闭锁,或者单独的阀短路故障执行立刻闭锁,均不会出现闭锁后的过电压现象。本文引入接地点电流作为辅助判据,提出两种优化方法。当发生相同的靠近接地点端直流母线接地故障时,控制系统有选择性地执行不同闭锁方式,可有效避免闭锁后出现直流系统过电压,有利于电力系统故障的可靠隔离,降低系统一次设备运行风险。     

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.     

强磁弱电环境下序分量方向的综合判据及其仿真

在强磁弱电环境下的纵联零序方向保护有可能误动。考虑到双回线互感一般仅对零序分量产生明显影响,同时注意到系统中各站点间的负序转移阻抗远小于零序转移阻抗,单相接地故障时负序电压通常大于零序电压这一特点,提出了基于负序分量补偿的方向保护综合判据。判据进行了周密的实用化考虑,利用故障后负序电压与电流的相位关系来判别故障反方向,在深入分析判据动作特性及灵敏度的基础上,按照故障特征的差异逐步提高灵敏度,综合构成了较完善的纵联接地方向保护方案。实例验证与仿真结果均表明,由该负序分量把关的纵联零序方向保护在强磁弱电环境下,能够可靠判别故障方向,并具有良好的可靠性与选择性,从而有效改善了纵联接地保护的性能。     

超高压直流系统中的直流滤波器保护

介绍了超高压直流输电系统中的直流滤波器保护,分析了直流滤波器的特点以及超高压直流输电的各种运行工况对直流滤波器保护带来的影响,提出了直流滤波器保护的总体设计思想、相应的保护原理与方案,重点讨论了差动保护和不平衡保护的实现及其应该注意的问题。     

基于模型参数辨识的串联补偿输电线路纵联保护原理

串联电容补偿设备的应用降低了超高压输电线路中差动保护的灵敏度,为解决此问题提出了一种基于模型参数辨识的纵联保护原理。以串补等值阻抗作为辨识参数,引入串补工频阻抗等值模型并结合线路分布参数模型,采用线路两侧电压和电流作为测量量构建了串补等值阻抗辨识方程。辨识阻抗在区外故障时等于串补等值阻抗,在区内故障时与串补等值阻抗有明显差异,基于此构成纵联保护判据。理论分析与仿真结果表明,该保护原理整定简单,可靠性高,受串补本体保护和系统运行方式的影响小,不受分布电容电流的影响。与传统差动保护相比,其保护灵敏度显著提高,可与差动保护配合构成完善的纵联保护方案。     

高压直流输电系统送端谐波不稳定问题的判据

利用开关函数对换流器的调制作用进行了理论推导,从电路原理的角度对谐波通过直流换流器在交流侧和直流侧来回传递的全过程进行整体考虑,提出一种判断系统是否发生谐波不稳定的新判据。以糯扎渡—广东特高压直流输电系统为例,建立了电磁暂态模型,基于新判据进行频率扫描分析,并进行了故障仿真验证。研究结果表明,该判据能够很好地评估高压直流输电系统送端发生谐波不稳定的风险。     

基于高频阻抗曲线匹配的混合直流输电线路纵联保护

混合直流输电具有电压等级高、输送容量大的优点,解决了传统直流受端的换相失败问题.然而,传统直流输电纵联保护依赖送受端拓扑对称下滤波器产生的故障特征,且受分布电容影响大,混合直流输电系统中受端不存在滤波器,因此传统直流输电纵联保护不能直接应用于混合直流输电系统.文中针对这一问题,提出了不依赖于滤波器产生故障特征、不受分布电容影响的纵联保护.通过分析行波的折反射,得到保护在线路正反方向故障时高频测量阻抗的差异,利用波形匹配算法识别故障方向并构造保护判据.该方法利用短窗提取行波高频阻抗特征,并利用分布式电容高频特征构成差异,解决了线路分布电容影响,同时提升了保护动作速度.以实际工程为例,搭建了两端混合直流输电系统模型进行仿真,仿真结果证明该方法能快速、灵敏、可靠地实现区内外故障判别,且具有较好的耐受过渡电阻能力.     

一种适用于MTDC输电的直流系统阻抗扫描方法

直流系统阻抗扫描是多端直流(multi-terminal direct current,MTDC)输电谐振抑制、直流滤波器设计等研究的重要手段。该文提出了一种适用于MTDC的直流系统阻抗扫描方法,并通过对谐波阻抗计算方法的改进,消除了扫描过程中换流器自身谐波造成的误差。以四端直流系统为例,详细研究了直流系统阻抗扫描过程中注入谐波源的幅值、相位、频率分布等各种因素对测量结果准确性的影响。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方法可对MTDC的直流系统进行准确的阻抗扫描,因此对直流工程具有参考价值。     

直流牵引供电系统中控制保护装置的研制

区分机车起动电流和远端故障电流是直流牵引系统馈线保护的难点。阐述了传统的基于电流增量和电流变化率的保护原理,分析了其原理上的不足,并提出了基于导纳量的保护方案。还阐述了导纳增量保护和导纳上升率增量保护的判据各项定值整定的原则,并通过试验验证了导纳保护的优越性。在导纳保护原理的基础上,开发出直流牵引供电系统的控制保护装置。