500 kV苏南UPFC接入对距离保护的影响及应对策略

在苏州南部地区接入统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以提升电网供电能力,但是UPFC的接入会对输电线路保护的可靠性、选择性和灵敏性产生影响。文中基于500 kV苏南UPFC工程,结合线路故障后UPFC系统的控制保护逻辑,通过建立含UPFC的电力系统故障等值模型,分析了UPFC接入对线路两侧距离保护动作特性的影响并提出应对性策略。     

基于特征电压注入的UPFC接入线路三相自适应重合闸方案

输电线路自适应重合闸技术的难点在于故障性质的准确判别。针对统一潮流控制器(UPFC)接入线路的故障场景,利用UPFC灵活的可控性,文中提出基于特征电压注入的三相自适应重合闸方案。首先,通过切换UPFC串联侧模块化多电平换流器(MMC)控制方式,采用定U/f控制注入特征电压。在此基础上,通过判断线路是否产生特征电流识别永久性故障与瞬时性故障;针对高阻故障的特殊场景,进一步提出阶段性注入特征电流判据提高故障性质判别的可靠性。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提出的三相自适应重合闸方案的可行性和有效性。     

统一潮流控制器接入对距离保护的影响及对策

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)接入交流系统将改变传输线的潮流,进而对距离保护产生重要的影响。为了研究UPFC的接入对线路距离保护的影响,文章建立了UPFC直流侧电压的暂态数学模型,进而推导出在UPFC存在时阻抗元件的测量阻抗表达式。通过定量分析测量阻抗在阻抗复平面上的轨迹变化,发现UPFC的串联侧注入电压改变阻抗元件的动作边界。为了减小UPFC对距离保护性能的影响,提出了距离保护的偏移圆特性,并配合功率方向元件构成完整的距离保护方案。在MATLAB/Simulink中建立UPFC系统模型,仿真结果表明,与基于广义回归神经网络的自适应保护方案相比,所提出的距离保护方案具有更高的可靠性、选择性和灵敏度。     

适用于UPFC接入线路的主动注入式故障测距方法

针对统一潮流控制器(UPFC)接入线路场景下传统被动式故障测距方法的精度难以保障的问题,提出基于控制与保护协同思想的主动注入式UPFC接入线路故障测距方法。该方法在接入线路故障隔离后,充分利用基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器的高度可控性,将串联侧模块化多电平换流器切换至附加控制模式,向接入线路主动注入特征电压,进而通过单端量的解微分方程算法实现故障测距。所提方法将UPFC作为信号源,向接入线路单侧注入电气信号构建故障测距方程,可解决被动式故障测距方法易受UPFC运行特性和过渡电阻影响的问题,提高故障测距的准确性和可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建UPFC接入线路模型,仿真结果验证了所提故障测距方法的可行性和有效性。     

基于模糊逻辑的UPFC线路新型正序故障分量方向元件

统一潮流控制器(UPFC)可以灵活控制线路潮流,提高电力系统运行稳定性,但其接入会对线路保护的动作性能产生影响。针对UPFC线路正序故障分量方向元件在反方向故障时易发生误动的问题,提出了基于模糊逻辑的适用于UPFC线路的新型正序故障分量方向元件。首先,通过增加UPFC线路侧电压互感器,与原有的母线电压和线路电流测点组成新型保护单元。在此基础上,对传统方向元件的动作区域进行划分,进而应用模糊逻辑,通过设置合理的隶属度函数、权重和故障方向判据,利用综合隶属度函数实现故障方向的判别。最后,基于PSCAD/EMTDC的大量仿真结果表明,新型方向元件在UPFC不同运行方式、不同故障类型和过渡电阻等条件下,均可正确判别故障方向,保障了UPFC接入后电网的安全可靠运行。     

基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller, UPFC)是为实现对交流线路的实时控制和动态补偿而提出的串并联混合型灵活交流输电系统装置,其换流器和直流侧的故障特征复杂,对保护要求高。首先介绍基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的UPFC基本结构与工作原理,其次分析了换流器和直流侧几种典型故障的故障特征。在此基础上,给出了换流器和直流侧保护配置方案。针对换流器桥臂单相接地故障和直流侧单极接地故障情况下保护可靠性低的问题,提出了改进的保护配置方案。最后结合RTDS仿真实验,验证了所给出的UPFC保护配置方案的有效性。     

以UPFC为边界的新型线路距离保护方法

统一潮流控制器接入线路后使线路阻抗均匀性发生变化，传统距离保护动作性能受到影响。本文基于输电线路阻感模型提出一种以UPFC为线路边界的线路时域距离保护方法。利用保护安装处的时域电气量建立阻感模型微分方程组，使用最小二乘法对微分方程组求解，建立保护安装处电压实际值与计算值之间的拟合误差，通过计算得到的故障距离和拟合误差判断统一潮流控制器接入位置与故障点之间的关系。在PSCAD/EMTDC上进行仿真验证，实现以UPFC为边界的线路区内外故障判定。     

交流系统故障时统一潮流控制器处理策略

统一潮流控制器(UPFC)作为功能全面的电力电子设备,需具备较高的故障穿越能力。在交流线路发生故障时,UPFC的串、并联换流器均会承受故障的冲击,且对于线路的瞬时性故障,需要UPFC在线路故障清除后继续运行。从UPFC的结构和故障特性着手进行分析,提出了UPFC在交流系统故障时的处理策略,使其具备系统故障时的故障穿越能力;UPFC并联侧通过控制策略的优化能在故障期间持续运行,串联侧通过控制保护策略与线路保护和重合闸逻辑的配合,能快速退出及重新启动。该策略经过了人工短路试验的验证,并在南京UPFC示范工程运行过程中通过了系统实际故障的考验,该策略的合理性得到了验证。     

统一潮流控制器与串补对线路保护影响的比较分析

统一潮流控制器(UPFC)通过串联变压器在输电线路注入幅值和相角均可控的电压矢量,等效串联接入电容或电感,从而提高电网输送效率。与此相似,输电线路通过接入串补可提升线路的输送能力。目前串补在超高压输电线路上有着广泛应用,串补对保护的影响有完备的处理措施,而UPFC这一全新电力电子设备接入系统后对周边系统及保护的影响尚无深入研究。本文通过比较分析UPFC与串补接入系统后电气特征、对保护的影响及相应的保护配置等方面的异同,明确UPFC在各种运行情况下的等效特性以及保护适应性解决策略,为UPFC接入后系统的稳定可靠运行奠定基础。     

含UPFC线路的距离保护方案研究

结合实际的统一潮流控制器工程,该文分析了统一潮流控制器接入对距离保护的具体影响,并提出了一种新型距离保护方案。该距离保护方案由基于输电线路微分方程模型的距离保护I段和传统距离保护II段、III段组成。新型距离保护I段利用本侧电压、电流信号计算故障点到保护安装处的距离,并根据故障距离计算结果及其波动程度准确地识别区内外故障。新型距离保护I段可完全替代传统距离保护I段,并与传统距离保护II段、III段实现合理、有效的配合,从而确保保护动作行为的正确性。仿真研究表明,新型距离保护方案具有优秀的性能,且不受UPFC多变的运行模式和控制参数的影响,可以满足电网安全运行的要求。     

苏南UPFC工程保护配合策略研究

统一潮流控制器(UPFC)是一种能够独立、快速、精确、连续控制系统电压和潮流的最新一代柔性交流输电系统装置,为解决城市电网发展受限问题提供了有效手段。文中针对苏南UPFC工程中保护配置展开研究,介绍了UPFC本体保护的三取二功能以及UPFC的重启策略,在继电保护配置情况及动作策略基础上,提出了UPFC本体保护与交流线路、变压器保护等保护的配合策略。并结合500 k V苏州南部电网UPFC工程实时数字仿真(RTDS)与入网系统调试,给出实际保护配合策略的功能和效果,试验结果表明可有效保护UPFC。     

超导直流输电技术发展现状与趋势

本文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方案及故障定位方法。根据实际工程的电路拓扑结构,明确了保护区域的划分方法。同时结合MMC换流器及直流配网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。着重介绍了直流线路单极故障、双极故障的保护配置方法,并通过PSCAD/EMTDC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。最后介绍了保护装置的实现形式,并通过保护与控制之间的相互配合,形成了自适应的柔直配网保护系统。     

基于LCC-MMC的三端混合直流输电系统故障特性与控制保护策略

研究了送端为相控型换流器(line commutated converter,LCC)、受端为2个并联的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)组成的三端混合直流输电系统的交直流故障特性及其控制保护策略。在分析现有故障穿越控制策略的基础上,针对交流侧故障提出整流站LCC最小触发角控制、逆变站MMC最大调制比控制与直流电压偏差控制的协调策略;针对直流线路故障,通过在直流线路两端配置限流电抗器构造边界条件,提取直流线路故障电流暂态突变量以识别故障位置,并采用直流断路器开断故障的方法,可以快速隔离直流线路故障并缩小故障影响范围。最后,在PSCAD/EMTDC中建立混合直流输电系统模型,仿真验证了所提策略的可行性。结果表明,所提控制策略在所联接电网交流故障情况下可相应提高直流系统的输送功率,降低功率输送中断发生的概率;直流线路故障时基于直流断路器的直流电流突变率保护策略能够快速隔离故障,提高供电可靠性。     

考虑交直流侧协调的模块化多电平换流站直流线路保护方案

在换流站保护中,交直流保护之间往往缺乏配合,且存在直流保护的速动性难以满足要求、故障区域难以确定等难点。为此,根据模块化多电平换流器(MMC)闭锁前后直流二次谐波电流与交流负序电流特征,提出了换流站交直流故障辨识方法,可有效区分交、直流故障,确定故障区域。在此基础上,提出了交、直流侧协调配合的换流站直流保护方案。最后,结合光伏直流汇集接入系统的PSCAD/EMTDC模型,验证了交直流故障辨识方法的可行性以及交、直流侧协调配合的直流保护方案的可靠性。结果表明,所提方法能有效识别交、直流故障,且受过渡电阻的影响较小。     

基于LCC和FHMMC的混合多端直流系统线路保护方案研究

混合多端直流线路故障的检测和隔离是一个亟待解决的问题。针对基于电网换相型(Line Commutated Converter,LCC)和混合型模块化多电平换流器(Full Half Bridge Modular Multilevel Converter,FHMMC)的混合多端直流系统拓扑架构,在分析直流线路故障影响的基础上,提出了一种多端直流线路保护方案。首先,通过配置快速线路保护系统,在模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)换流器过流闭锁前检测出线路故障。其次,采用在换流站两端配置线路保护系统保护直流线路全长、中间换流站配置线路保护系统分别保护两条线路的配置方案。在此基础上,提出利用线路故障后汇流母线区两侧电流变化量的不同,构造线路故障区域识别判据以解决多端线路故障区域识别问题。最后,通过与控制系统相配合将MMC站直流电压控制为零压或负压,并将LCC站快速移相,实现线路故障的自清除及隔离。仿真结果验证了所提方案的可行性。     

基于母线关联出线暂态频谱信息的UPFC线路纵联保护

统一潮流控制器(UPFC)作为新一代柔性交流输电系统元件在输电线路中逐渐应用,需要对含UPFC线路的保护原理进行深入研究。通过分析UPFC对线路故障暂态影响,得出高频分量经其串联侧时发生严重衰减,使仅利用单端暂态量的保护可靠性下降。分析母线关联出线的故障暂态特征可知,同一母线的故障侧线路与非故障侧线路的电流频谱分布存在明显差异。通过采用小波能量熵提取母线各出线暂态信息,提出一种适用于含UPFC线路的方向纵联保护方案。仿真结果表明,该方案可准确识别区内、外故障及母线故障,在不同过渡电阻、故障初始角等故障情况下,均具有较好的灵敏性和可靠性。