基于本地信息的多端柔性直流电网故障定位方法

故障定位技术是保障多端柔性直流电网安全可靠运行的关键技术。由于直流网络之间的相互连接导致其故障暂态特征十分复杂,故障定位往往要依靠通信手段,同时技术难度也会大幅提升。以基于两电平电压源型变流器的多端柔性直流电网为研究对象,提出一种基于本地信息的多端柔性直流电网的故障定位方法。利用限流电抗器作为直流线路边界,分析了限流电抗器类型的选取及其对断路器开断和保护动作时间的影响,从保护识别的准确性和动作的可靠性角度讨论了限流电抗器的容量和位置配置;对直流行波保护的电压变化率判据进行改进,通过比较限流电抗器两端电压变化率的比值和差值设定故障区间的判别方法及逻辑,利用本地信息确定故障位置;基于MATLAB/Simulink进行了大量仿真测试,验证了所提故障定位方法的可行性和有效性。     

基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案

柔性直流技术在灵活解决高比例新能源消纳的问题上具有革命性意义。针对传统线路保护已不能可靠适应柔性直流送出系统高比例电力电子设备脆弱性、故障信息提取难等问题,文中提出一种基于电压行波陡度的柔性直流送出线路快速保护方案。通过分析直流线路故障暂态特性,利用限流电抗器两侧故障电压行波陡度与极性的不同,增加了有效暂态信息量提取范围,实现区内外故障识别;利用故障极与健全极的电压行波变化程度存在明显差异,判别故障类型;同时考虑了雷击干扰并利用其初始变化特性提出了快速识别方法。最后通过仿真验证了该保护方案在各种影响因素下的性能,可以快速可靠地识别故障,具有良好的灵敏性和抗干扰能力。     

基于初始电压行波频域衰减速率的MMC-HVDC线路保护方案

针对目前基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出了一种基于初始电压行波(IVTW)频域内衰减速率的MMC-HVDC线路单端量保护方案。首先,构建四端MMC-HVDC电网的等效模型,分别计算直流线路区内外故障下IVTW的频域表达式。由于输电线路两端限流电抗器的边界作用,区内外故障下IVTW随频率增大而衰减的速率具有不同的特点。以不同尺度的平稳小波变换(SWT)提取IVTW在不同频带下的细节系数,并用不同尺度下的小波变换模极大值(WTMM)的绝对值分别表征其在相应频带中的幅值,根据IVTW频域内等效衰减速率的平方构造了识别线路区内外故障的判据。最后,各种故障情况下的仿真结果验证了所提保护方案的有效性。     

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.     

基于突变能量比值的多端柔性直流电网闭锁式纵联保护方案

多端直流电网中的限流电抗器集中配置,直流线路之间边界元件的缺失将使区内、区外故障的辨别变得困难。针对上述多端柔性直流电网,提出了一种基于突变能量比值的闭锁式纵联保护方案。以保护安装处的突变能量作为启动判据检测直流电网中的故障,利用故障前、反行波在换流站两侧的突变能量比值差异构造保护动作判据。双端保护判断完成后,仅需进行逻辑交换即可决定是否执行跳闸。在PSCAD/EMTDC平台上验证了所提保护方案的有效性,仿真结果表明该保护方案能够有效辨别区内、区外故障,并拥有较好的耐过渡电阻能力和抗噪声能力。     

基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法

直流配电网故障特性复杂,故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一.针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网,文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性,提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法.根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障,利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型,并据此提出故障识别判据和故障选极判据.在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型,结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型,仅利用单端数据即可实现全线速动,具有良好的区内外故障识别区分能力,且无须考虑通信和双端数据同步问题,具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力.     

基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方法

故障后行波在故障点与线路终端间来回反射,形成的固有频率与故障距离有明确的数学关系。特高压直流(Ultra High Voltage Direct Current, UHVDC)输电线路的边界由平波电抗器和直流滤波器构成,与交流线路相比,线路故障后形成的行波固有频率更加清晰。基于此,提出了一种利用线路两端固有频率主成分特征的特高压直流输电线路纵联保护方案。根据电流变化率构造故障启动判据;用MUSIC方法对故障后的暂态电流数据进行频谱分析,利用区内外故障时线路两端固有频率特征差异构造保护判据;利用原始行波信号和解耦后行波信号提取的固有频率主成分构造选极判据,形成完整的基于行波固有频率的特高压直流输电线路纵联保护方案。在PSCAD/EMTDC中建立特高压直流输电系统模型,并在不同故障工况下对该保护方案的适应性进行仿真。大量仿真结果表明,该保护方法在不同故障工况下均能可靠、快速动作,具有较好的适应性和实用价值。     

基于真双极的MTDC电网直流线路快速保护

多端柔性直流电网(multi-terminal flexible direct current,MTDC)的网状结构和故障特性对直流线路保护的动作性能提出更高的要求,对此提出一种基于单端量的直流线路电压行波保护方案。首先,针对基于MMC的MTDC电网直流侧发生的不同故障或干扰情形,理论分析故障电压反行波在线路上的传播特征差异。其次,利用小波变换提取高频电压反行波构建区内外故障识别判据;对于单极接地故障,提出故障极的识别判据;另外,针对架空线路遭受雷击后对行波保护的影响,构建雷击干扰识别判据。最后建立张北四端MTDC电网仿真模型,仿真结果验证所提保护方案的有效性。     

基于暂态电压比初始值和时域迭代的直流配电网单端测距方法

针对直流配电网线路单端故障测距精度不高的问题，提出了一种基于暂态电压比的单端故障测距方法。该方法通过分析故障发生后限流电抗器两端故障电气量的特征和数学表达式，构建了时域内基于限流电抗器两端暂态电压比的故障测距方案，并利用迭代的方法削弱过渡电阻对故障测距精度的影响。该方法利用单端电气量，耐过渡电阻能力强，对通信无严格要求，无需安装同步装置，提高了直流配电网线路单端故障测距的精度。在PSCAD/EMTDC平台搭建多端直流配电网模型，对所提测距方法进行仿真分析，结果证明所提方法可以实现基于单端电气量的精确故障测距。     

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。     

基于电压行波极性特征的新能源送出线路保护方案

新能源经交流线路送出时,由于其弱馈性和受控特性,传统的工频量保护难以适用,而行波保护能够在新能源控制系统介入导致故障特性发生较大变化之前完成故障识别,是目前解决新能源送出线路工频量保护问题的有效途径之一。然而现有的单端行波保护方案无法准确识别区内近端故障和区内末端故障,因此文中分析了区内和区外故障情况下行波的折反射过程,并利用电压行波零模分量与线模分量到达保护安装处的时间差对故障位置进行初判;针对基于时间差难以准确识别的区内近端故障和区内末端故障,进一步挖掘电压行波的极性特征,利用首个反极性的电压行波和故障初始电压行波到达保护安装处的时间差与故障位置的关系来识别区内近端故障,利用前2个电压行波的极性关系来识别区内末端故障。仿真结果表明,该方案能够快速识别区内外故障,并且具有较好的耐过渡电阻能力。     

基于S变换能量相对熵的高压输电线路极性比较式纵联保护

传统行波极性比较式纵联保护可靠性受小故障初始角等因素影响较大。为提高行波纵联保护的可靠性,在分析线路两端电压和电流极性关系的基础上,提出一种新的极性比较式纵联保护算法。该保护算法利用故障后一段时间内故障电压和故障电流的S变换能量相对熵表征极性关系,进而根据线路两端S变换能量相对熵的比值来识别区内外故障。区内故障时,线路两端电压和电流的能量相对熵相差不大,其比值较小;区外故障时,线路两侧电压和电流能量相对熵差异明显,比值较大。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,该保护方案能够快速可靠地确定区内外故障,其性能不受故障初始角、过渡电阻、故障位置、故障类型和母线接线方式的影响。     

基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法

为检测柔直电网直流故障,需利用线路两侧的限流电抗器所提供的边界条件来设计故障保护算法。现有基于电抗器电压的保护方案存在易受过渡电阻影响、无法识别接地故障、可靠性差等问题,因此该文提出一种基于电抗器电压差异性的架空柔直电网故障保护方案。该方案利用正负极电抗器电压幅值的差异性进行故障选极;利用正负极电抗器电压之和进行故障检测。由于该方案综合了正负极电抗器电压的故障特性,因此区内外故障差异性明显,具有较强的耐过渡电阻能力;采用积分法构造判据,该方法抗噪声能力强;可靠性高,不受交流故障、断路器动作和运行方式的影响;仅使用本地测量量,故障检测时间快,满足速动性要求。最后,在PSCAD/EMTDC平台下搭建了四端MMC直流电网的电磁暂态模型,通过大量仿真,验证了所提方法在故障识别、故障选极方面的有效性,并从不同角度对多种保护方案进行了对比。     

高压直流输电线路行波保护影响因素分析及改进

分析了目前常用行波保护的影响因素,指出电压波形受平波电抗器和直流滤波器的影响使差分计算的电压变化率减小进而导致电压变化率保护拒动,而采用方向行波可以减小影响;方向行波变化率主要受过渡电阻影响,而电压变化量和地模波受线路损耗及色散现象影响较为严重,因此,当远距离故障时,二者定值到达时间的滞后是导致行波保护拒动的重要原因.提出了基于极性比较的不受过渡电阻影响的行波保护原理,基于该原理的行渡保护能够在区内高阻接地故障时可靠动作.基于EMTDC的仿真结果验证了所述工作的正确性和有效性.     

柔性直流配网中基于限流电抗电压的高灵敏纵联保护方案

针对柔直配电线路保护存在的高阻接地故障时保护拒动、易受线路分布电容电流影响和噪声干扰等问题,提出一种基于限流电抗电压的纵联保护方案。首先,对线路两侧限流电抗器在区内外故障时的电压极性特征进行分析,并利用Kendall相关系数构造故障识别判据;然后,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)算法提取两极电抗电压低频暂态能量和的比值特征实现故障选极功能;最后,在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证分析。仿真结果表明该方案耐受噪声干扰和过渡电阻能力强,不受线路分布电容电流影响,在不同故障条件下均能快速、准确动作,灵敏性和可靠性高,且对四端直流保护具备一定适用性。     

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。     

基于波阻抗的多端直流电网快速保护方案

针对含限流电抗器的多端直流电网,提出了一种基于单侧波阻抗的快速保护方案。首先分析了感性终端条件下不同故障区域的波阻抗特性,然后通过引入电压启动判据,提出了基于本地波阻抗的故障区间识别判据。该文采用梯度算法快速提取电压和电流行波,并计算波阻抗值。与传统的行波保护相比,该算法提高了保护在高阻故障下的灵敏度,并且仅由本地电气量构成,能够满足保护速动性的要求。最后,基于PSCAD仿真平台搭架四端直流电网,大量仿真结果证明了所提算法的有效性。     

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。     

基于数学形态学的多端柔性直流系统故障测距方案

通过分析多端柔性直流系统直流线路故障后故障电压行波的传播特点,利用能够同时检测信号突变时刻和突变极性的数学形态学滤波器,设计采用双端信号进行故障测距的方案。通过对行波波头间隔取均值,提高了在线路端口附近故障时的测距精度。利用估计的行波速度,确定行波波头的查找区间,提高了测距的抗干扰能力。该方法无需线路参数信息和两端数据同步,采样频率要求较低,抗噪声能力强。搭建了三端柔性直流系统进行仿真分析,仿真结果表明所提故障测距方案在各种情况下均可得到较高精度的测距结果。