基于电流动态偏差值的MMC-MTDC直流侧故障识别

为了快速可靠识别基于模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的多端柔性直流MTDC(multi-terminal direct current)输电系统直流侧故障,提出了一种基于单端单极电流的柔性直流电网故障识别方案。该方案通过对电流动态偏差值极值的检测与电流累差值的计算实现直流线路故障快速定位,采用母线短时能量保护区分直流母线故障和线路故障,并根据所提保护方案设计了一套故障检测和识别单元。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建仿真模型,通过仿真算例验证了该保护方案能在各种情况下快速、可靠地识别故障,无需双端数据通信,无需复杂数据分析与处理,满足多端柔性直流输电系统对保护的要求。     

基于电流模量分析的MMC-MTDC系统直流输电线路故障识别

直流线路故障的快速、可靠识别是基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性多端直流输电(multi-terminal direct current, MTDC)系统发展的关键技术之一。通过分析柔性多端直流系统线路故障后电流的暂态特征,提出了一套基于单端电流模量分析的MMC-MTDC系统直流线路故障识别方案。该方案通过对电流一模故障分量动态偏差值极值极性与大小的检测实现了直流线路故障快速定位,并利用故障后电流零模故障分量的差异,从而实现了对故障极的快速判别。在PSCAD仿真平台上搭建了双极四端MMC型柔性直流电网的模型,通过仿真算例验证了该保护在不同故障位置和过渡电阻下均能快速、可靠地检测到直流线路故障并且准确识别故障极。     

基于单端暂态量的MMC-MTDC直流线路故障辨识方法

在多端柔性直流MTDC(multi-terminal flexible DC)系统中,带有模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的直流线路的故障辨识是目前亟需解决的重大科学问题。通过分析直流线路故障期间的暂态电流和电压,提出一种基于单端暂态电流和电压的快速辨识方法。根据故障线路与非故障线路电流变化量的差异建立了故障线路辨识模型,依据正、负极暂态电压的样本标准差建立的故障极辨识模型,辨识时间短且无需两端数据通信。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建张北四端口柔性直流系统模型,通过算例验证了该方法能在各种故障下快速准确地辨识故障的类型,且具备一定的抗干扰性和耐过渡电阻能力,满足多端柔性直流系统对直流线路故障辨识的要求。     

基于测量阻抗拟合特征的MTDC电网直流线路纵联保护EI北大核心CSCD

多端柔性直流电网(multi-terminal flexible direct current,MTDC)复杂的故障暂态特性对直流线路保护的动作性能要求更高。该文基于MTDC电网故障暂态分析模型,通过推导区内、区外故障时测量阻抗的频域特征,揭示不同故障位置测量阻抗的差异。然后引入最小二乘法(leastsquare method,LSM),将线路两侧多频段的测量阻抗实际计算值与理论值拟合,利用两端拟合曲线的斜率构造高可靠性的直流线路纵联保护方案,并提出线路正负极低频功率比进行故障选极。仿真结果验证了理论分析的正确性,表明该方法能够灵敏、可靠、快速地识别区内外不同类型的故障,抗过渡电阻能力强,受噪声影响小,对系统参数变化具有较强的适应性。     

基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流输电线路保护新方案

超导型故障限流器在柔性直流输电工程中能有效地限制故障电流的峰值和陡度,类比于传统高压直流输电系统的物理边界。将超导型故障限流器看作是柔性直流输电系统的边界,提出了一种基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流线路保护方案。该保护方案利用正极或负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量启动保护,利用两极线路的整流侧和逆变侧边界消耗的暂态谐波能量差辨别区内外故障,利用正、负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量之比进行故障选极。理论分析和仿真结果表明,该保护方案适用于各种工况,几乎不受过渡电阻和故障位置的影响,且对采样率要求低,具有重要的工程应用价值。     

基于暂态功率的高压直流线路单端量保护

针对传统高压直流单端量保护存在可靠性较低的问题,通过计及直流边界、线路频变等因素影响,研究了高压直流线路暂态功率故障特性,提出了基于暂态功率的单端量保护方案。根据暂态功率在正方向区内外故障的频率段差异性,利用高低频段暂态能量比值,构成边界保护元件;针对利用暂态功率频率衰减特征无法区分正反方向故障的局限性,利用暂态功率极性构造方向辅助判据。结合保护启动元件和故障选极元件构成基于暂态功率的单端量保护方案。仿真结果表明,该保护方案能够快速有效地区分直流线路区内外故障,具有一定的抗过渡电阻性能及抗干扰能力,可靠性较高。     

基于暂态电流Pearson相关性的两电平VSC-HVDC直流线路故障判别

为提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统的直流线路故障处理能力,提出了一种基于暂态电流相关性的直流线路故障判别方法。直流线路发生区内、外故障时,直流线路两端的电容支路暂态电流与直流线路入口处暂态电流特征差异明显;利用Pearson相关系数来描述电容支路与线路入口处暂态电流的差异程度,直流线路故障的判别仅通过线路两端计算的暂态电流Pearson相关系数即可实现。该故障判别方法可克服非故障线路馈入电流的影响,适用于两端以及多端柔性直流输电系统。分析和仿真结果表明,该故障判别方法不受高频分量、数据同步、故障位置与类型、噪声干扰以及控制方式等因素的影响,能准确地识别直流线路区内、外故障,实现故障线路的选择。     

海上风电柔性直流送出线路的纵联保护方法

海上风电柔性直流送出系统常采用伪双极接线。当发生单极接地故障时,电流纵联保护不能可靠地区分区内、外故障。针对该问题,提出了一种适用于海上风电柔性直流送出线路的行波方向纵联保护方案。分析了伪双极直流系统的单极接地故障特征,提出了电流纵联保护在海上风电柔直送出线路的问题。基于行波原理,提出了不受暂态分布电容电流影响的保护方案。该方案利用线路两端的行波方向保护分别进行故障方向判断,然后通过方向纵联判断区内、外故障。PSCAD仿真验证了该方案能快速、可靠地识别故障,且具有较强的抗过渡电阻能力。     

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究

结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护配置和直流线路故障定位方法。首先根据实际工程的电路拓扑结构,明确了柔性直流配电网保护区域的划分方法。其次结合MMC换流器及直流配电网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。最后针对直流线路"T"接负荷与微电网的特点,重点介绍了直流线路单极故障、双极故障及断线故障的保护配置和故障定位方法。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于MMC的直流配电网仿真模型,通过仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。     

特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护

提出一种特高压直流输电线路单端电流方向暂态保护方法。来自特高压直流输电线路本侧区外和来自对侧的故障电流在突变方向上具有明显的差异,据此判断故障信号来自对侧还是本侧区外;如故障信号来自对侧,则利用希尔伯特黄变换求出故障信号的第一个固有模态函数(IMF1)瞬时频率,提取瞬时频率最大值从而判断故障位于对侧区内还是区外。给出一种特高压直流输电线路单端电流暂态保护方案。在PSCAD仿真平台上对提出的方法进行仿真验证。     

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。     

基于控制特征量响应的多端柔性直流输电线路保护

多端柔性直流输电系统控制灵活,系统故障时控制与保护联系紧密。在考虑柔性直流输电不同控制策略下控制过程量的响应特征基础上,利用控制信号暂态能量的大小关系识别区内外故障,并利用正负极的暂态能量比值进行故障选极,提出一种基于外环功率控制类特征信号检测直流输电线路故障的保护方案。该方案充分利用换流器的快速响应能力,实现简单,故障检测时间快,便于控制和保护的集成设计,能够实现对不同控制策略和控制参数的自适应保护。最后,通过大量仿真验证了所提保护方案在故障识别以及故障选极上的有效性,并考虑多种因素的影响,验证了保护的可靠性。     

基于电流突变量比值的高压直流输电线路纵联保护方案

针对现有的高压直流输电(HVDC)线路纵联差动保护可靠性不足且动作延时较长的问题,提出了基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案。该方案利用特定频率下直流滤波器组和HVDC线路中的电流突变量比值的大小识别故障发生的位置。当发生区内故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值均在1附近;当发生区外故障时,整流侧电流突变量的比值和逆变侧电流突变量的比值中必有一个远大于1。仿真结果与现场录波数据测试表明,基于电流突变量比值的HVDC线路纵联保护方案能够在各种工况下准确快速地识别区内外故障。     

基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法

单极接地故障是柔性直流配电网最为常见的故障。采用小电流接地方式的MMC型柔性直流配电网发生单极接地故障时,短路电流小(主要是分布电容电流),故障识别困难,柔性直流配电网接地故障检测亟待解决。利用相模变换建立了基于MMC的多端环状柔性直流配电网单极接地故障的零模网络电路,分析了零模网络换流器和直流线路的阻抗特性。在所关注的特征频段内将零模网络简化等效,分析得到故障线路两端的零模电压导数与零模电流的极性均相反,非故障线路两端至少有一端的零模电压导数与零模电流极性相同。利用该故障线路与非故障线路差异特征,设计了一种利用暂态功率的方向纵联保护方法。其中故障线路两端暂态功率方向均为负,非故障线路两端功率方向至少有一端为正。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真验证。结果表明,所提保护方法能可靠识别区内区外故障,不依赖线路边界元件,无需数据同步,具有较好的耐受过渡电阻能力。     

含边界元件的MMC-MTDC直流侧单端量故障辨识方法

直流侧故障辨识是基于模块化多电平换流器(MMC)的多端直流输电(MTDC)系统急需解决的重大科学问题.分析直流线路的边界特性与极间耦合特性,提出一种基于单端暂态能量的故障辨识方法.通过区内、外故障的暂态特征以及方向元件,构建故障线路选择判据;并利用母线相连线路的方向元件和交流侧故障的暂态特性,构造母线故障识别判据;再根据两极低频电流差异,设计故障极判别判据.该方法能快速辨识直流侧故障,无需两端通信,能够满足MMC-MTDC系统对辨识方法速动性与选择性的要求.最后结合张北四端柔性直流系统的PSCAD仿真模型,验证了所提方法在不同的故障类型、故障位置和过渡电阻下均能准确检测到故障,且具备一定的抗过渡电阻能力.     

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.     

LCC-MMC型混合直流配电系统线路保护方案

换相型换流器-模块化多电平换流器(LCC-MMC)型混合直流配电系统发生双极短路故障时,有效故障暂态信息少,故障特征量单一,难以可靠地区分故障边界.基于此,该文提出一种适用于LCC-MMC型混合直流配电系统双极短路故障的保护方案.钳位双子模块的模块化多电平换流器(CDSM-MMC)和双有源全桥变换器(DAB)直流变压器故障闭锁后,结合电网换相换流器(LCC)提供稳态故障电流的典型特征,利用线路两端正极故障电流比值识别区内外故障,基于故障回路串联特性,演绎了线路两端正极稳态故障电流与LCC注入的正极稳态故障电流之间的关系,解析了故障距离,实现了故障精确定位,解决了故障边界模糊的问题.在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建LCC-MMC型混合直流配电系统模型.仿真分析表明,该方案能够可靠地区分故障边界,故障定位精确,较好地满足直流配电系统对保护可靠性和选择性的要求.     

基于电流斜率的多端柔性直流输电线路保护方法

文中研究了多端柔性直流输电系统在各种故障情况下的故障特征,根据理论分析得出当发生内部故障时,故障线路两端的故障电流方向是相同的,非故障线路两端的故障电流方向相反。提出了一种基于电流斜率的选线方法。通过比较线路两端故障电流的斜率,可以有效地识别出故障线路,可用于柔性直流输电系统的后备保护。最后,利用PSCAD/EMTDC软件建立了张北四端柔性直流电网的仿真模型,并对所提出的保护原理进行了仿真验证。     

柔性直流电网超高速保护方案研究EI北大核心CSCD

柔性直流电网发生直流短路故障时,为保障非故障线路持续正常运行,需要快速隔离故障线路。传统柔性直流输电线路保护动作时间过长,无法满足速动性要求。为此首先对柔性直流电网直流短路故障特性进行分析,得到超高速保护动作时间指标;然后借鉴常规直流超高速保护策略,考虑直流线路故障与直流母线故障的甄别方法,提出一种适用于柔直电网的超高速保护方案,采用行波保护、电压突变量保护与电流突变量保护相结合的方式实现直流短路故障的快速检测和定位,利用双端线路故障检测结果实现保护动作快速出口,能够满足直流短路故障保护的快速性要求。最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对超高速保护方案进行了仿真验证。     

基于时域加权特征的柔性直流配电线路保护方案

针对目前柔性直流配电线路保护所存在的问题，尤其是保护方案耐受高阻故障能力较弱的问题，该文通过分析区内金属性故障、经过渡电阻故障与区外故障电压特征，对一定时间窗内的电流变化量、电压变化量进行时域加权提取区内外故障差异，利用电流、电压时域加权量构造保护判据。在此基础上，提出了一种基于单端电气量时域加权特征的柔性直流配电线路保护方案。仿真结果表明，该方案能在0.3ms内可靠识别区内金属性故障，0.4ms内可靠识别区内高阻故障(过渡电阻达20Ω)。该方案不受系统运行方式影响，对采样频率的要求不高，工程实用性强。