基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护

传统工频原理距离保护易受风电系统故障特征的影响,基于集中参数模型的时域距离保护原理较适应于风电系统送出线。但考虑到该原理忽略分布电容的影响,当故障发生在风电系统长距离送出线时,可能造成距离I段保护发生暂态超越现象。因此,提出一种基于分布参数模型的风电系统长距离送出线时域距离保护原理。基于分布参数模型,通过保护安装处的电压、电流时域信息求得距离I段整定处的电压、电流时域信息,代入时域故障测距方程中,求得整定点与故障发生处的故障距离。通过与距离I段整定距离求和获得故障测量距离,实现保护动作。仿真结果表明,该原理不受长距离送出线分布电容的影响,具有较强的抗过渡电阻性能,优越于基于集中参数模型时域距离保护。     

基于仿电磁学算法的电压暂降状态估计

提出基于仿电磁学(electromagnetism-like mechanism,ELM)算法的高容错性电压暂降状态估计方法。通过抗干扰种群移动模型、自适应变异和精英策略等改进措施提升了仿电磁学算法的整体寻优性能。引入解析法和故障点法确定线路故障区间,利用冗余配置法确保观测矩阵的非奇异性。采用故障估计值与历史统计值之差构建了电压暂降状态估计模型。通过在IEEE24节点标准测试系统上的仿真计算,并与遗传算法的仿真对比,ELM在寻优效率和准确性方面具有明显优势。该方法适用于任一电网在对称、不对称故障时的电压暂降状态估计。     

基于改进K-means聚类的配电网电压暂降频次估计法

传统考虑保护动作特性的电压暂降频次估计法需要获取详尽的保护配置信息,然而配电网保护配置多样,在不同因素如过渡电阻、运行方式、故障类型等的影响下,阶段式保护各级保护区可能产生较大变化,采用传统方法对电压暂降持续时间进行评估可能会产生较大误差。文中提出一种基于改进K-means聚类的配电网电压暂降频次估计方法,在未知线路保护配置基础上,基于电压暂降历史监测数据与保护动作信息,采用改进K-means聚类算法,对电压暂降幅值-持续时间进行聚类分析,推断线路保护配置情况,计算保护动作时间与保护动作电压。根据计算结果,在考虑不同故障类型、不同运行方式及不同过渡阻抗的情况下进行配电网电压暂降频次估计。在IEEE RBTS-6母线测试系统的母线5配电网中进行仿真,验证了文中方法的有效性和优越性。     

Detection of voltage sag sources based on the angle and norm changes in the instantaneous current vector written in Clarke’s components

The presented research reflects those methods for detecting voltage sag sources that only use measurements of line currents. It is shown that the phasor-based method known from the literature is unsatisfactory, especially in the cases of transient voltage sag events. Therefore, a generalised method is proposed that is based on the instantaneous current vector written in Clarke’s components. The phasor-based method and the proposed method for voltage sag source detection were evaluated by applying extensive simulations, laboratory tests, and field testing. The obtained results show considerably higher effectiveness for the proposed method. The correctness of the instantaneous vector-based approach is verified in this way. Moreover, the proposed method that uses only measurements of line currents is just as effective as some other instantaneous vector-based methods that use measurements of line currents and line voltages.     

基于正序电流故障分量相位比较的电压暂降扰动源分界

准确判断电压暂降扰动源的相对位置,对界定供用电双方责任以及制定治理措施提高供电质量具有重要意义。文中提出了基于正序电流故障分量相位比较原理的配电网电压暂降扰动源分界方法。通过建立不同位置发生不同类型故障时的正序故障分量等值网络,分析变电站内所有进出线的正序电流故障分量相位分布与故障位置间的关联关系,进而构建基于正序电流故障分量相位比较的电压暂降扰动源分界判据及其动作边界。该方法进行电压暂降扰动源分界时仅利用站端进出线的电流信息,测量信息获取方便,具有很好的工程应用前景。基于PSCAD建模仿真,验证了短路故障、相位跳变以及负荷扰动情况下,文中所提电压暂降扰动源分界方法效果较佳。     

城市配电环网中的高温超导轻型直流联络线方案研究

为了阐明在城市配网中综合应用高温超导直流电缆与轻型直流输电技术构成闭环运行模式的方案的可行性及优势,建立了基于电力系统计算机辅助设计/电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的系统仿真模型,并在此基础上仿真对于城市配网稳态与暂态特性的影响进行仿真,其中包括110 k V母线的电压幅值变化和110 k V变电站负荷的功率传输特性等。仿真结果表明,该方案不仅能够增加110 k V线路的供电冗余度,提升变电站110 k V母线的电压幅值,还能够在交流供电线路发生故障、故障被切除和系统恢复供电这一动态过程中,降低110 k V母线电压和负荷功率的振荡幅度和振荡时间。     

计及雷击情况的基于PDT-SVM暂降源辨识方法研究

目前,电压暂降已成为影响最突出的电能质量问题之一,为有效分析雷击对电网暂降的影响程度,对雷击导致电压暂降的情况进行了详细分析,准确辨识了包括雷击导致暂降情况在内的4种暂降类型,为合理划分暂降责任提供重要依据。文中首先分析了雷击故障导致暂降的有效值波形与普通短路故障之间的区别,归纳了短路故障、雷击、变压器投切及感应电机启动4种暂降类型电压有效值波形的特点,引入5个暂降电压特征指标,并建立了暂降类型辨识特征矩阵。然后采用基于粒子群聚类优化的决策树支持向量机(PDT-SVM)分类器对4种暂降类型进行辨识。分类器的训练与测试数据均来自电网实测暂降电压数据,与工程实际密切贴合。最后,算例分析结果验证了算法的有效性和准确性。     

考虑新能源出力相关性的电网电压暂降随机预估

针对含有风电、光伏及电动汽车充电站的新能源电力系统,提出了一种考虑新能源出力相关性的电网电压暂降随机预估方法。首先构建了故障信息随机模型及新能源出力随机模型,采用拉丁超立方采样（Latin hypercube sampling,LHS）得到故障信息样本,利用皮尔森相关分析法确定同一类型新能源出力的相关系数后,采用Nataf变换及LHS法得到含有相关性的新能源随机出力样本;然后通过故障仿真模拟,得到一系列暂降事件,计算各节点电压暂降指标,预估各节点电压暂降情况;最后以IEEE 30节点为例进行了仿真分析,研究相关系数变化下的新能源出力及不同类型新能源的接入对电网电压暂降的影响。     

基于KL散度的配电网高阻抗故障检测研究

高阻抗故障（HIF）主要与电弧现象有关,具有低电流、随机性、非线性和不对称性特征。配电网过流保护系统需要考虑HIF的低故障电流,检测功率损失、潜在火灾危险和电击风险。提出了一种基于变电站电流波形的时域HIF检测算法,利用Kullback-Leibler散度相似性度量,量化了电流波形两个故障后半周期的非线性和不对称性特征作为HIF检测的判据,此判据也被用来区分HIF与负荷、电容器、馈线和分布式能源投切事件以及电压骤降和浪涌事件。利用IEEE13节点和IEEE34节点测试系统进行了大量的时域仿真,验证了所提HIF检测算法的优越性。     

不确定条件下计及线路保护动作特性的电压暂降频次评估

线路保护的动作时限将直接影响电压暂降的重要指标之一——持续时间。针对线路发生故障的情况,对不同动作时限特性的线路保护装置对电压暂降幅值与持续时间的影响展开了研究。计算线路单端跳闸而故障未消除时的多级电压暂降幅值,并根据线路保护的动作特性和故障位置确定电压暂降幅值区间以及不同线路、相同电压暂降区间内的电压暂降持续时间。基于蒙特卡罗模拟法研究不确定条件下的故障信息概率模型,结合保护动作特性对电压暂降幅值及持续时间的影响提出了不确定条件下的计及线路保护动作特性的电压暂降频次评估计算模型,同时考虑故障信息随机性及线路上不同保护类型动作特性对目标节点进行分析,给出包含电压暂降持续时间信息的年均预期电压暂降频次。标准IEEE 14节点系统的仿真结果证明了所提计算方法的正确性和有效性。     

基于改进扰动功率法的电压暂降源定位

面对引发电能质量问题的电压暂降,结合电力系统中常见的短路故障类型,提出一种改进的扰动功率法。取扰动电压和扰动电流的乘积作为扰动功率,根据线性电路的叠加原理,故障网络可以等效成正常状态和扰动分量的叠加,利用瞬时扰动功率或其半周波平均值的极性来定位暂降源,最后搭建模型,通过Matlab仿真,结果表明提出的改进的扰动功率法可以准确定位暂降源。     

基于网络传播特性的配电网电压暂降随机预估方法

敏感负荷的大量投运使得用户对电能质量的要求不断提高,电压暂降的快速有效预估成为当前电压暂降研究的一项重要内容。提出了一种基于网络传播特性的配电网电压暂降随机预估方法。首先基于配电网拓扑搜索电压暂降传播路径,通过序分量法获得不同路径下电压暂降的垂直/水平传播特性。进而根据路径搜索结果建立故障源至负荷侧的配电网电压暂降传播方程。最后结合不同故障类型及线路故障率计算暂降凹陷域和相应预估指标。对某实例配电网系统开展算例分析,验证了所提方法的有效性与优越性。     

Load modeling at electric power distribution substations using dynamic load parameters estimation

This paper is focused on electric power distribution substations load modeling using dynamic load parameters estimation. The load parameters are estimated using two models: the exponential and the ZIP load models. Since the load bus voltage and parameters are known one can determine the active and reactive power injections of this bus and include these pseudo-measurements in the state estimation in order to improve observability and estimation accuracy. The dynamic parameter estimation is developed using the weighted least squares method in a recursive form and the tests are carried out based on actual measurements. It is shown that the estimated parameters (for both load models) at a distribution substation are valid, since the obtained active and reactive power residuals are very close to zero.     

计及负荷特性的电压暂降随机预估

提出一种改进的电压暂降随机预估方法,并应用于具有多项式负荷模型的配电网评估中。该方法按照系统不同故障时的节点功率方程建立统一的牛顿型迭代方程,针对牛顿法不能保证迭代可靠收敛的问题,采用可变步长的Levenberg-Marquardt（LM）方法计算得到4种故障类型下的电压暂降域及评估指标。IEEE 30节点系统的计算证明了考虑负荷模型的必要性以及所述方法的有效性。     

高压直流输电系统交流侧故障检测方法

交流系统故障是导致直流系统发生换相失败的重要原因之一。提高交流故障检测的快速性和准确性,可有效提升直流换流站的故障穿越及故障支撑能力。为此,将目前主流的高压直流输电系统交流故障快速检测方法进行了系统的分类,并通过仿真测试对比了各方法在不同采样频率下的检测效果;在此基础上,提出一种实用的高压直流输电系统交流侧故障检测方法。首先利用功率分量故障检测法判断故障的发生,然后应用周期采样点比较法对故障进行选相,再基于改进瞬时对称分量法进行电压序分量检测并合成出故障后的电压瞬时值,从而较快地判断故障发生相及换流母线电压跌落情况。最后,通过PSCAD仿真验证了所提判断故障发生方法、选相方法及严重程度判断方法的有效性。     

A novel adaptive PMU-based transmission-line relay-design and EMTP simulation results

This paper proposes a novel adaptive relaying scheme based on phasor-measurement units (PMUs) for transmission lines. The proposed adaptive relaying scheme can provide an extremely accurate discrimination between in-zone and out-of-zone faults. Two novel and composite fault discrimination indices in terms of Clarke components of synchronized voltage and current phasors at two ends of a line are derived. A line parameter estimation algorithm is developed and built in the newly designed relay to solve the uncertainty problem of line parameters. The proposed relaying scheme is independent of fault types, fault locations, fault path resistance, fault inception angles, and the variations of source impedance. The tripping decision time of the designed relay is very fast and almost held well within 6 ms for most fault events. All of the EMTP simulation results show that the proposed adaptive relaying scheme provides a high level of dependability and security.     

配电系统电压跌落幅值估算分析

电力市场的快速发展及敏感负荷的逐年增多，要求发展相关的评估指标和方法，来衡量整个配电网络或者评估不同馈线之间的暂态电能质量优劣。然而实际系统中不能保证对每一个点都进行实时监测，因此必须根据己知的不完整监测数据来准确地估计其余各未知点的电压跌落幅值。为了解决该问题，提出了“电压跌落幅值估算”的概念，并且基于最小二乘原理发展了实用的幅值估算算法，该算法通过判断故障相位，搜索故障路径，估计出未知点的电压跌落幅值。理论分析和仿真表明，该算法的提出为配电系统电压跌落的状态评估和数据统计提供了有力的保障。     

Single-ended time domain fault location based on transient signal measurements of transmission lines

Precise fault location plays an important role in the reliability of modern power systems. With the increasing penetration of renewable energy sources, the power system experiences a decrease in system inertia and alterations in steady-state characteristics following a fault occurrence. Most existing single-ended phasor domain methods assume a certain impedance of the remote-end system or consistent current phases at both ends. These problems present challenges to the applicability of conventional phasor-domain location methods. This paper presents a novel single-ended time domain fault location method for single-phase-to-ground faults, one which fully considers the distributed parameters of the line model. The fitting of transient signals in the time domain is realized to extract the instantaneous amplitude and phase. Then, to eliminate the error caused by assumptions of lumped series resistance in the Bergeron model, an improved numerical derivation is presented for the distributed parameter line model. The instantaneous symmetrical components are extracted for decoupling and inverse transformation of three-phase recording data. Based on the above, the equation of instantaneous phase constraint is established to effectively identify the fault location. The proposed location method reduces the negative effects of fault resistance and the uncertainty of remote end parameters when relying on one-terminal data for localization. Additionally, the proposed fault analysis methods have the ability to adapt to transient processes in power systems. Through comparisons with existing methods in three different systems, the fault position is correctly identified within an error of 1%. Also, the results are not affected by sampling rates, data windows, fault inception angles, and load conditions.     

面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型

线路改造是在电网侧进行电压暂降治理的主要方式之一。为了经济、合理地确定线路的改造位置和治理方式,建立了面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型。针对断路器重合闸和熔断器配合保护的配电网,考虑故障位置、故障类型等因素,讨论分析了10种典型的保护动作配合方式,评估了配电网电压暂降持续时间。结合传统电压暂降幅值的计算方法,计算线路改造治理方案的成本及效果。考虑用户电压暂降耐受能力,建立了用户生产中断次数评估模型。定义了电压暂降总支出,以总支出最小为目标,计及技术约束、经济约束、治理范围约束和风险域约束,建立了面向配电网电压暂降治理的线路改造优化模型,并基于人工蜂群算法进行模型求解。以IEEE 33节点系统为算例,考虑治理投资成本充足和不足2种场景,通过仿真验证了所提方法的正确性和实用性。     

A Digital Measurement of Earth Fault Loop-Impedance Using a Parameter Estimation Algorithm

ABSTRACT

In electrical low voltage power system, a neutral earthing is used for protection against electrical shock hazards. Testing of the effectiveness of the earthing system could be achieved by measuring the system fault loop impedance Z. This paper presents a new application of least error squares (LES) parameter estimation algorithm for measurement of earth fault impedance, the proposed method uses the digitized samples of the instantaneous voltage across the fault loop impedance, effects of data window size, sampling rate and the voltage frequency drift on the accuracy of the impedance measurements are studied. Simulated test results are reported in this paper, which from the basis of our conclusion.