采用实测数据和主成分分析的直流输电线路故障识别方法

由平波电抗器和直流滤波器构成的直流输电线路两端实体电气边界具有高频阻塞作用,使得线路外部故障下,其故障电压起始变化平缓、幅值小;在线路内部故障下,其故障电压起始变化陡峭、幅值大、长时窗时域波形有振荡。利用主成分分析(PCA)方法提取线路内部、外部故障下的极线电压曲线簇样本数据蕴含的此种时域特征信息,并将其投影到主元空间,形成由cPC1和cPC2坐标构成的PCA空间(元件),其线路内、外部故障呈现为具有显著区别的两个不同聚类点簇团,借此可实现直流线路内部故障和外部故障的表征和甄别。故障发生后,利用故障数据于PCA故障识别元件的投影点与PCA识别元件本身多个聚类中心之间的欧氏距离来自适应地判别线路内、外部故障。经大量实测数据试验表明,该方法改善现行以du/dt为核心的直流线路行波保护的性能,若将直流系统历史故障数据复用来增加PCA的聚类点簇,则可继续完善PCA故障识别元件。     

基于聚类中心距离度量的柔性直流配电线路保护原理

针对现有柔性直流配电网单端量保护选择性差、双端量保护速动性差、数据同步性要求高等问题,提出一种基于聚类中心距离度量的柔性直流配电线路保护原理。该原理仅用单侧电流作为特征量,通过模拟线路不同位置发生不同类型短路故障,并结合实际发生的故障,采集故障后线路上的电流数据经处理后组成历史数据样本;利用K-means聚类算法得到不同类型故障下的最佳聚类中心,再通过比较实时数据与各聚类中心的距离实现故障识别与选极。该原理无需复杂的特征量提取和计算过程,避免了常规电流保护复杂的定值整定。最后,在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明,所提保护原理具有良好的选择性和速动性,且与常规基于本地信息的电流保护相比耐过渡电阻能力有所提升。     

基于VMD模糊熵与GG聚类的直流配电网故障检测方法

针对直流配电网存在的故障信号难以提取、不易对各类故障进行诊断等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)模糊熵与Gath-Geva(GG)聚类的故障检测方法。首先,提取出暂态电流,采用VMD算法将故障暂态电流分解成若干个固有模态分量(IMF)。然后,分别计算分解得到的若干个IMF的模糊熵,将其作为特征向量。最后,采用GG聚类算法对故障特征的特征向量进行聚类识别。GG聚类的主要算法为将聚类样本划分为c类,设出隶属度矩阵,通过设定迭代来计算聚类中心与最大似然估计距离,更新隶属度矩阵,当隶属度矩阵满足条件矩阵时终止迭代,从而实现对单极故障、极间故障以及区外交流侧接地故障的聚类识别。仿真结果表明,所提保护方案可靠性强、准确率高,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻等工况下均能可靠检测直流线路故障并准确识别故障类型,且具备一定的抗干扰能力。     

基于电压源型换流器的柔性直流系统快速方向保护

基于电压源型换流器的直流配电系统发生故障时,故障电流具有速度快、峰值大的特点,对保护速动性与可靠性要求高。针对典型环状直流配电系统,研究了保护正、反方向发生故障时的差异特征。在此基础上,提取直流侧并联电容电压与线路电流在保护正、反方向发生故障时的相关性特征,提出并设计了一种直流线路快速方向保护新原理。该原理具有动作速度快、选择性高、抗过渡电阻能力较强等特点。在PSCAD中搭建了四端环状直流配电系统,大量仿真算例验证了所提保护原理的可行性与优越性。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。     

高压直流线路纵联行波方向保护

行波保护作为直流线路的主保护其应用比较广泛,但由于它是单侧电气量的保护,保护范围需要通过定值整定来确定,且行波保护不能反应于高阻接地故障。文中在对行波传输原理进行分析的基础上,利用区内故障时线路两侧均有反向行波幅值大于正向行波幅值的特点,构成纵联行波方向保护。若线路两端保护的判断结果均为正向故障,则整流侧将迅速移相重启。RTDS仿真表明,所提出的纵联行波方向保护方案能够快速、可靠地识别线路区内外故障,具有整定方便、保护范围明确、能反应于高阻接地故障等优点,可作为直流线路主保护的有益补充。     

含嵌入式直流的受端电网动态响应智能分析方法

直流输电系统嵌入大型交流系统，将进一步增加换相失败、直流闭锁等故障对系统安全稳定的影响，交流系统与直流系统的交互作用，将使系统动态更加复杂；针对电网不同运行方式下大扰动后系统复杂动态响应特性分析难题，本文提出一种基于机电-电磁混合仿真与机器学习的智能分析方法。该方法基于PCA降维、DBSCAN、Kmeans等算法建立二阶段聚类模型，可针对直流落点近区严重故障后大量混合仿真动态曲线在高维空间中自动聚类，并给出相应标识与严重程度，提取交直流系统在不同故障下的典型动态模式，并自动标注并识别各模式下主导安全稳定问题。本文所提方法的有效性在2025年华东电网运行方式中得以验证，仿真结果标明，所提方法可有效提取不同故障下系统动态模式，将有效支撑后续复杂故障下的交直流系统动态机理分析。     

新型暂态行波幅值比较式超高速方向保护

针对传统行波保护可靠性低这一缺点,提出一种基于暂态行波幅值比较的新型超高速线路保护方案。该方案基于故障发生后一段时间内,正向行波幅值积分与反向行波幅值积分的比值来确定故障方向。若线路两端保护的判断结果均为正向故障,保护将发出跳闸命令。该文对保护的原理判据和影响行波方向保护的主要因素分别进行了仿真分析,PSCAD/EMTDC仿真结果表明,所提方案能够快速、可靠地识别线路区内外故障,其性能基本不受故障电阻、故障时刻、母线或线路接线方式等的影响,该保护原理清晰,实现简单,具有良好的工程应用前景。     

基于EMD与Spearman相关系数的混合直流线路纵联保护方法

混合直流输电系统兼备常规直流以及柔性直流的优势,是直流系统发展的必然趋势。现有直流差动保护易受线路分布电容的影响,纵联保护依赖于边界条件,在混合直流输电系统中适用性差。针对以上问题,提出了一种基于经验模态分解(EMD)与斯皮尔曼(Spearman)相关系数的混合直流线路纵联保护方法。在分析故障电流增量的极性特征、考虑分布电容影响的基础上,首先对线路两端故障电流信号进行镜像延拓,通过EMD提取表征电流变化方向的残余函数,再计算残余函数的Spearman相关系数,以此识别线路内外部故障。该方法不受分布电容影响、不依赖于边界条件。通过仿真验证,所提保护方案动作速度快、可靠性高,且具有较强耐受过渡电阻与抗噪声干扰的能力。     

多端柔性直流系统直流故障保护方案

多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术之一,主要技术难点包括直流故障的可靠识别和快速隔离。该文从故障快速隔离和提高供电可靠性的角度出发,设计基于直流断路器和不基于直流断路器的直流故障保护方案。设计的直流故障保护方案无需通信,能可靠实现故障识别。同时与传统基于交流断路器的保护方案相比,所设计的方案在动作速度和供电可靠性方面均有显著改善。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别搭建基于直流断路器和不基于直流断路器的四端柔性直流系统,通过仿真测试验证所设计的保护方案的可行性以及与已有保护方案相比所具有的优越性。