基于直流断路器动作响应的环状柔性直流配电网后备保护方案EI北大核心CSCD

直流配电网由于供电能力强、线路损耗小、电能质量高等优点,已经成为未来配电网的发展趋势。柔性直流换流器过载能力差,且直流线路故障时,换流器直流侧电容向故障点提供数值很大的放电电流,对环状直流配电网继电保护的快速性和选择性提出了极高的要求。此外,一方面直流故障电流分断困难,技术尚不成熟,直流断路器存在拒动风险;另一方面,即使换流器闭锁后,仍然需要继电保护识别故障位置并采取故障隔离措施,以保障重启动和恢复过程的顺利进行,因此环状直流配电网的后备保护也应得到足够的重视。提出一种基于直流断路器动作响应的环状柔性直流配电网后备保护方案,分析了直流故障线路一侧断路器拒动情况下,相邻非故障线路上限流电抗器的电压变化特性,提出基于直流电流二阶变化率的故障识别判据和故障隔离方案;其次,分别考虑了高阻故障和故障线路两端直流断路器非同期分断等问题,提出基于直流电流一阶变化率的辅助判据和基于电流二阶变化率数值和方向的闭锁判据,以提升后备保护方案的整体性能;最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建电磁暂态仿真模型,验证了所提方案的有效性,结果表明:该方案动作无需通信,耐过渡电阻能力强,不受交流侧故障影响,能够在直流断路器动作后快速启动并为柔性环状直流配电网提供有效的后备保护。     

环形直流配电网保护方法研究

本文以直流环形配电网为研究对象,深入分析了当直流线路发生接地故障时直流侧电压的故障特性,并据此提出了基于局部测量的直流配电网故障检测的保护方案。该方案以过电流保护和电流变化率保护为启动判据,并利用二次时变函数来预测故障时的线路侧电压,以故障时刻线路侧的预测电压和实测电压的差值作为主保护动作依据,配备欠压保护为后备保护以确保在故障情况下环形直流配电网能够安全稳定运行。本文增加了补充判据,进一步区分区内故障和区外故障,防止保护误动作。基于实时数字仿真器RTDS(real time digital simulator)对环形直流配电网保护方案进行仿真研究,验证了所提方案的可行性与有效性。     

面向含不可测分支配电线路不对称故障可靠辨识的负序电流比相保护判据

城市配电网的主动配电网特征日趋显著，含不可测分支结构的馈电线路大量增加。受上述特点影响，单端量保护性能显著降低。因此，对于特别重要的线路，亟待双端量保护来保证故障切除的可靠性和灵敏性。但是，分支电流的差动特性导致相量差动保护从原理上即不适用，而纵联距离保护和方向比较式纵联保护由于需要电压信息，在仅配置电流互感器的线路不具备实施条件。此外，电压和分支两因素的叠加使得上述保护的动作行为分析尤为困难。因此，有必要寻找新型纵联保护判据。该文充分考虑不可测分支的影响，提出了仅利用负序电流相位差这一不对称故障期间始终存在的故障分量来反映故障的思路，并构建了一种适用于这类配电网线路的负序电流比相判据。与现有含分支的幅值差动类保护相比，所提判据在安全性方面具有优势。在PSCAD/EMTDC中搭建10 kV配电网模型，设计多组仿真算例，对比验证了所提判据的有效性。     

含逆变型分布式电源的配电网正序阻抗纵联保护

逆变型分布式电源区别于传统电源的故障特性导致传统电流保护难以快速可靠切除故障,也影响了现有输电网保护原理直接应用于配电网的动作性能。借鉴电流差动保护原理思想,定义了正序差动阻抗,理论分析了其在区内外故障时的幅值差异,提出了一种适用于有源配电网的正序阻抗差动保护原理。为进一步改善保护性能,有效应对分支负荷的影响,构造了带制动特性的动作判据。针对区内三相金属性短路故障时保护存在的死区问题,利用故障时正序阻抗与正序电流幅值特征构造了辅助判据。与传统电流差动保护相比,所述方法无需两端数据同步采样,对通信要求较低。仿真结果验证了保护原理的有效性。     

直流馈入下的输电线路电流差动保护动作特性分析

基于不同交流系统故障下的直流系统等值故障分量电流暂态特性,分别对直流馈入环境下输电线路电流差动保护故障分量判据和稳态量判据的动作特性进行了分析。研究表明在一定条件下直流系统将降低电流差动保护动作的灵敏性,且故障分量判据受影响的程度更为严重;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证上述理论分析的正确性。     

直流馈入下的输电线路电流差动保护动作特性分析

基于不同交流系统故障下的直流系统等值故障分量电流暂态特性,分别对直流馈入环境下输电线路电流差动保护故障分量判据和稳态量判据的动作特性进行了分析.研究表明在一定条件下直流系统将降低电流差动保护动作的灵敏性,且故障分量判据受影响的程度更为严重;基于PSCAD/EMTDC的仿真验证上述理论分析的正确性.     

基于故障同步识别的含分布式电源配电网充分式差动保护

分布式电源(DG)接入配电网后,配电网结构变为多电源网络,解决多电源网络保护问题最有效的方法是差动保护方案。传统差动保护方案需要使用被保护线路两端同步数据,但当前配电网通信自动化水平无法满足同步采样要求。文中提出了故障同步识别技术,测量线路工频基波电流故障时刻前后两相邻的相同趋势过零点的时间间隔,通过该时间间隔可计算故障后两端基波电流相位差并识别故障,有效克服保护无法同步采样的困难。基于故障同步识别技术,提出了充分式差动保护复合判据:仅由基波电流幅值和故障同步识别技术测得的时间量构成,包含改进标积制动判据和充分式比幅判据两部分。新复合判据解决了传统差动保护判据无法同时提高相移制动能力和灵敏性的矛盾。仿真验证了故障同步识别技术的准确性,充分式复合判据具有良好的动作特性。     

基于自适应制动补偿系数的有源配电网电流纵联差动保护

为了解决传统的三段式电流保护难以适用于有源配电网的问题,通过分析含不同类型分布式电源的配电网正序电流故障分量在区内外故障时的幅相特征差异,提出一种基于自适应制动补偿系数的电流纵联差动保护新方法。该方法采用改造后的e指数函数构建制动补偿系数,根据线路两侧正序电流故障分量的相位差和幅值比自适应决定补偿制动电流的程度。为有效应对不可测负荷分支给保护可靠性带来的消极影响,利用比幅式方向阻抗继电器的动作方程构造辅助判据。仿真结果表明,与传统电流纵联差动保护相比,该方法能够满足各种故障场景下有源配电网的保护需求,且灵敏度高,可靠性、耐受过渡电阻能力和抗时间同步误差能力强。     

一种基于极性判别的环状直流配电网线路后备保护方法

应用于直流线路的纵联差动保护方法,由于其可靠性高,被广泛应用在我国输配电系统中,并取得了良好的运行效果,然而,随着分布式电源在配电网中的快速发展,导致在发生高阻故障时,其门槛值不易设定,保护动作可靠性差,并且传统配电网保护难以适用于环状直流配电系统。该文提出一种基于电流突变量斜率方向的纵联后备保护方法。首先,分析直流配电线路区内、外故障时两端电流突变量方向的特征。然后,提出将斜率方向引入电流突变量方向特征检测中,利用低频带故障电流信号的极性关系,实现能准确动作于直流配电线路的后备保护方法。最后在Matlab/Simulink中构建仿真模型,仿真结果表明,该保护方法有较强的抗过渡电阻及抗干扰能力,能准确识别故障所在范围,可以在一定程度上提高后备保护可靠性。     

考虑过渡电阻影响的柔性直流配电系统电流突变量保护

柔性直流配电系统中,直流故障下,其换流器自身保护的闭锁速度快,有效故障信息极少,系统保护需要高速检测故障。基于有限的故障暂态信号,研究快速、准确识别故障区域的保护是直流配电系统发展的迫切需求。因此,提出了一种适用于多端柔性直流配电系统的暂态量保护。利用直流双极短路故障后的直流电流波形变化特征,计算电流波形曲率并以此为判据,与电流突变量(di/dt)算法相结合,实现不同过渡电阻故障的快速、可靠识别。该保护基于本地测量实现直流线路保护,计算量小,解决了传统电流突变量保护受过渡电阻故障影响无法正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建精细化多端柔性直流配电系统仿真模型,验证了所提出的电流波形曲率保护方法的动作性能,保障了直流配电系统的安全可靠运行。     

基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方案

分布电源的大量接入使配电网从传统单向潮流的辐射状网络逐步转变为双向潮流的多端电源供电的配电网,出现了以T型接线为代表的多段线路.文章从多种类型分布式电源的故障特性入手,分析短路故障下有源配电网的多端电流的幅相关系,提出基于多端电流幅相关系的差动保护方案.保护方案包括启动判据和复合动作判据,启动判据兼具区分部分区外故障的作用,动作判据为两个独立判据的逻辑与,以保证可靠动作和避免误动.此外,文章讨论基于光纤通道通信的配电网多端信息同步技术,用以实现多端信息同步传输.PSCAD/EMTDC的仿真结果表明所提方案的可靠性和速动性.     

直流配电网故障分析和继电保护综述

直流配电网是未来城市配电网的重要组成部分,文章对目前国内外学者关于直流配电网方面的研究工作进行了综述。首先分析了基于两电平VSC换流器和基于模块化多电平换流器的直流系统的故障特征,将故障过程划分为多个阶段,通过理论分析得到了各阶段的故障电流解析表达式。其次介绍了各种适用于直流配电网的故障检测和定位原理,主要包括电压/电流保护、边界保护、纵联保护、分区保护、"握手法"等。然后,通过对比采用交流断路器、利用换流器自清除能力和采用直流断路器的3种故障隔离方案,对直流配电网的故障隔离策略进行了分析。最后从接地方式、保护与控制一体化、故障电流限制等方面,对配电网故障分析与处理的研究提出了建议。     

一种基于虚拟阻抗的主动配电网故障区段定位方法

主动配电网10kV馈线保护一般采用传统继电保护方案,但是DG的接入使得配电网网架结构变得复杂,传统的保护方法并不能满足主动配电网的保护要求。为解决现有保护方法易受系统参数和故障类型等因素的影响而不易识别单相接地故障等问题,提出一种基于虚拟阻抗的馈线分段保护配置方案,分析了基于虚拟阻抗法的故障识别原理,将电压的序分量和相应电流序分量的比值作为虚拟阻抗,通过判别虚拟阻抗的特征即可完成故障的定位。利用MATLAB/SIMULINK搭建配电网络模型,仿真结果表明基于虚拟阻抗判据能够快速准确识别各种类型的短路故障,区内故障时保护动作较快,区外故障时保护不动作,且其判别结果不会受到系统参数的影响,适用于复杂多变的主动配电网,具有较高的可靠性和选择性。     

基于电容放电特征的柔性直流配电网线路保护方案

针对换流设备直接接入直流母线的双端柔性直流配电网的保护配置问题,提出一种基于单端电气量的线路保护方案。首先分析了双端柔性直流配电网的直流线路故障特征,其次重点分析了处于不同母线处的换流器并联电容之间的放电特征差异。结合该差异设计出能够有效识别故障区域、在5 ms内隔离故障的主保护。同时为解决主保护可能存在检测失败的问题,设置了利用过电流判据以及动作延时的后备保护方案。最后通过PSCAD/EMTDC搭建仿真模型验证了所提方案的有效性。     

直流牵引系统馈线微机保护装置

直流牵引系统馈线远端非金属性小短路电流故障是直流牵引系统馈线保护的难点。文中阐述了电流变化量保护原理,分析了牵引馈线远端经电阻短路和电弧短路故障电流的变化特征;提出采用电流变化率为启动元件电流增量检测的主保护判据,并针对电弧故障电流变化特征提出电流增量辅助保护判据,两者相结合实现直流牵引系统馈线保护方案;详细分析了不同情况下保护判据的动作特性及整定原则;以该保护方案为基础研制开发了馈线微机保护装置,并通过了保护测试与现场试验。     

基于全电流方向特征的柔性直流配电网纵联保护

为保证柔性直流配电网安全可靠运行,提出了一种线路主保护方法。在分析双极短路故障各阶段电流方向特征的基础上,提出了基于全电流方向特征的纵联保护方法,给出了动作判据以及定值整定方法,分析了各种因素对所提保护的影响。保护方法不受电压源型换流器闭锁以及线路分布电容暂态电流的影响。物理实验与仿真结果验证了所提保护方法的可行性,其动作速度快,具有良好的耐受噪声和过渡电阻的能力。所提保护方法能较好地满足柔性直流配电网对保护速动性与选择性的需求。     

基于模型辨识的新型牵引供电系统直流馈线保护原理

基于双向换流器的柔性直流牵引供电系统中,直流线路故障电流上升速度极快,且机车启动同样会造成馈线电流快速增长,其暂态特征和远端故障电流相似,要求保护在极短时间内区分两者。对此,提出基于模型辨识的直流馈线保护方法,通过模型辨识原理求解时域微分方程,从而求解不同时刻的等效电阻,同时对所计算的等效电阻进行统计分布验证,并利用方差系数构造保护判据。所提方案能够在5 ms内准确区分故障电流和机车启动电流,实现保护的可靠动作。大量仿真结果表明,在过渡电阻为100 Ω的短路故障下保护依然能可靠动作,同时具有30 dB的抗噪声能力和100 μs的耐同步误差能力。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

平行双回线电流平衡保护的仿真研究

平行双回线路电流平衡保护具有不需要通道、不需要PT输入的优点。文章提出了适用于高压平行双回线的电流平衡保护方案,首先仿真分析了基于全量、故障分量、零序分量的电流平衡保护的优缺点,在此基础上提出了利用全量电流和零序电流构成综合启动判据、由故障分量构成选线判据的电流平衡保护方案,该方案较基于全量的电流平衡保护灵敏度高、相继动作区小,而且具有选相功能。     

基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法

配电网中发生高阻接地故障时,短路电流小于传统过流保护的阈值,无法被常规保护装置检测和清除。若不及时消除短路电路,极易演化成严重故障。针对该问题,文中首先分析发生高阻接地故障时配电网的故障分量特征和基于母线处的正序电压故障分量与其相连接的各馈线正序电流故障分量的相位差特征,给出适用于配电网高阻接地故障检测的故障判据。然后,为解决配高阻接地故障检测过程中系统不平衡引起的一系列问题,制定了相应的故障检测启动判据。基于该故障检测判据和启动判据,制定基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立含架空线路的中压配电网模型,仿真结果验证了所提高阻接地故障检测方法的正确性。