补偿线路分布电容电流的柔性直流配电网电流差动保护方法

针对系统接线方式和线路分布电容影响导致柔性直流配电网故障辨识困难的问题,在对传统电流差动保护在柔性直流配电网中的适用性分析基础上,利用线路贝瑞隆模型推得故障点电流与直流线路两端差电流之间的关系.进一步地,提出具有线路分布电容电流补偿的新型电流差动保护方案,解决对称单极接线方式下故障特征微弱、分布电容电流影响大带来的故障辨识难题.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立柔性直流配电网模型,通过仿真分析验证所提出的电流差动保护方案的可行性和适用性.     

基于电压信息的 MMC 直流电网直流侧保护方案

针对柔性直流输电系统运行时线路发生短路故障,识别故障线路所在以及解决电网短路电流快 速上升产生的过能量难题,提出利用输电线两端加装电感的电压信息作为故障判据的线路保护方法。 该方 法利用短路发生后电流上升,使得电感感应电压的极性发生变化的原理确定故障线路并启动直流断路器,此 为主保护;主保护拒动时,启动后备保护,通过检测电感感应电压是否超过整定值以确定故障线路并断开,利 用设计的 BPI(Buffer Protection Identification)将线路中的过电流缓冲吸收以保护整个故障线路;在 PSCAD/ EMTDC 上搭建三端环状柔性直流输电系统,模拟线路发生单极短路、双极短路,仿真结果表明:线路发生故 障时,主保护可以快速识别故障线路所在并切开线路,提高了故障识别的灵敏性,主保护拒动时,后备保护启 动识别故障线路,提高了线路整个保护方法的可靠性。     

柔性直流馈入下交流输电线路单端故障测距分析

柔性直流输电具有不同于交流输电和常规直流输电的运行原理和特性,随着柔性直流输电技术的应用,交流电力系统的故障特征可能发生显著变化,基于传统交流系统暂态故障特征量的故障测距面临挑战。为此,基于柔性直流输电的运行原理,分析了柔直交流侧故障时换流器的运行特性,推导了在换流器保护未启动、限流以及闭锁条件下柔直交流侧短路电流解析式,分析比较了柔直不同暂态运行状态下对输电线路单端故障测距的影响规律。结果表明,柔直馈入下交流输电线路单端故障测距受换流器交流侧电压跌落系数和换流器无功功率指令的影响,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的正确性。     

基于纵向阻抗的混合双极直流输电线路保护新原理

由于传统高压直流输电和柔性直流输电有各自的优缺点,为了充分发挥二者的优势,混合直流输电成为研究的热点。对由传统高压直流输电和柔性直流输电构成的混合双极直流输电线路的保护原理开展了研究,将阻抗的概念进行扩展延伸,提出了一种基于整流侧和逆变侧纵向阻抗的故障保护原理,利用PSCAD搭建仿真模型,利用MATLAB进行算法的仿真验证,该纵向阻抗是整流侧和逆变侧两端电压故障分量的差与电流故障分量的和的比值,利用纵向阻抗的幅值来区分区内外故障。区内故障时,纵向阻抗的幅值小于该极线路全长总阻抗;区外故障时,纵向阻抗的幅值大于该极线路全长总阻抗。该保护可以自行实现故障选极,故障极的纵向阻抗幅值小于整定值,非故障极的纵向阻抗幅值大于整定值。大量的仿真结果验证了所提保护原理的正确性,并可以实现故障选极。     

一种混合双端直流输电线路的纵联保护新原理

为保证混合双端高压直流输电系统安全运行,分析了混合双端直流输电线路两端电流相似度.通过故障分析发现,区内故障时线路两端电流无明显线性关系,区外故障时线路两端电流呈线性关系.根据该差异,提出了一种基于相关系数的混合直流输电线路纵联保护方法.利用PSCAD搭建混合双端型高压直流输电线路仿真模型,输出直流输电线路区内和区外故障结果,并利用MATLAB对故障数据进行处理,进行了算法仿真.仿真结果验证了所提保护方法的正确性,该方法在实际应用中数据无需严格同步,能够快速可靠地实现故障判别,具有较强的实用性.     

基于模型识别和电流极性的混合式双极型直流输电线路纵向保护

针对混合式双极型直流输电系统,结合模型识别和电流极性保护原理,提出一种新的输电线路纵向保护原理。分析故障网络发现:当逆变侧前端故障时,故障模型等效为电容模型(C模型),当逆变侧背面故障时,故障模型等效为阻感模型(RL模型);当整流侧前端故障时,整流侧故障电流具有正极性,当整流侧背面故障时,整流侧故障电流具有负极性。区内故障时,即逆变侧和整流侧的前端同时故障时,故障模型匹配C模型,同时故障电流具有正极性;当故障发生在区外时,即逆变侧和整流侧的前端不是同时故障时,逆变器侧的故障模型不匹配C模型,或者整流侧故障电流具有负极性。由此区分直流线路外部和内部故障。仿真结果表明,该原理可以补偿主保护,作为备用保护的改进。     

基于电压频率成分比值差异的MMC-HVDC保护方法

柔性直流输电系统的快速故障发展给直流保护的研究带来了巨大的挑战，严苛的速动性要求不得不使保护的研究聚焦在故障暂态量上．在高压大容量输电系统中，为更贴合实际工程，线路的频变特性以及行波传输过程是不容忽略的，因此文中以此展开了故障分析．针对单端量保护在耐过渡电阻能力上的不足，文中对保护区内外故障发生时的测量点电压频率特征进行了分析，以过渡电阻为变量观察不同故障情况下的频率比值差异变化趋势，并利用S变换设计了一种基于电压频率成分比值差异的保护方案；其次，根据噪声在S变换下的频谱特点，给出了噪声识别判据；最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端柔性直流输电系统模型对所提方法进行了验证．结果表明，区内外故障下的电压频率成分比值存在明显差异，所提保护方案可以准确识别线路不同位置的短路故障，并可判断故障极．与基于电压变化量和高频段能量的保护方法相比，文中方法具备更高的耐过渡电阻能力．即便是远距离高阻故障，保护方法也具备明显的区分度，可见，所提方法可以更好地适用于大容量远距离输电系统．同时，在不同信噪比的噪声环境下，保护方法仍旧可以准确识别出噪声以及故障．保护方法可以在2 ms内完成故障识别...     

一种适用于混合三端直流系统的纵联保护方案

为提升多端系统的输电可靠性，提出一种基于Mann-Kendall检验法的混合三端直流输电线路纵联保护方法.该方法利用T接汇流母线三端电流故障分量判定故障发生区域；再利用Mann-Kendall检验法对故障区域内线路两端电流的变化趋势进行分析，进而实现故障类型的判别以及故障极的选择；最后，通过PSCAD/EMTDC搭建模型并对不同故障情况进行仿真，使用MATLAB对所提保护方法进行仿真验证.仿真结果表明：不同故障情况下，所提方法均可在2.5 ms内可靠动作，速动性好，并且具有较强的抗噪声干扰能力以及耐过渡电阻能力.     

一种混合双极直流输电线路保护新原理

应用故障网络分析方法,研究了混合双极直流输电线路可能发生的各种短路故障类型,并进行了故障特性分析。根据分析结果发现:当直流输电线路发生区内故障时,整流侧与逆变侧的暂态电压和暂态电流夹角的余弦值相同;当直流输电线路区外(整流侧或逆变侧)发生故障时,整流侧与逆变侧的暂态电压和暂态电流夹角的余弦值相反。根据该故障特征,可实现区内、外故障的识别。利用小波变换提取暂态电压、电流分量。另外,故障极的暂态电压和电流的积的变化量远远大于正常极。根据此特征,进行故障选极。最后,通过电磁暂态仿真软件搭建电压不对称的混合双极直流输电系统仿真模型,对其直流输电线路设置不同故障进行仿真,利用MATLAB进行算法的验证,结果表明该保护新原理的正确性及故障选极是可行的。     

基于行波固有频率的VSC-HVDC直流输电线路双极短路故障保护与定位

提出了运用希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对电流进行频谱分析获取固有频率的方法,实现对VSC-HVDC直流输电线路双极短路故障的保护与定位.在高压直流输电线路双极短路故障条件下,对输电线路两端采集到的双极电流相量进行相模变换得到电流模量,从线模电流分量频谱分析结果中提取固有频率主频率和二次频率,运用输电线路两端的线模电流分量固有频率主频率差作为主保护判据,固有频率二次频率作为辅助保护判据,实现直流输电线路双极短路故障保护;利用固有频率与故障距离之间的关系,完成故障定位.通过PSCAD/EMTDC仿真和Matlab数据分析验证了该方法具有较高的可行性.     

有串补电容输电线纵联差动保护原理

传统电流差动保护应用到超高压和特高压长线路时，线路分布电容电流对其影响很大．目前电容电流补偿的方法和故障分量的方法都不能取得很好的效果．为此，提出一种应用贝瑞隆模型实现纵联差动保护的原理，该原理也可用在有串补电容的输电线路上．实现方法是用贝瑞隆模型计算线路中选定的参考点两侧的电流并进行比较，当线路安装有串补电容时，可将参考点选在串补电容安装处．理论分析和仿真结果显示该原理是正确的．该原理不受分布电容电流的影响，在灵敏度和可靠性上都优于传统的分相电流差动保护．     

1000kV输电线路中分布电容对分相电流差动保护影响的仿真分析

介绍了MATLAB软件中电力系统工具箱的功能和仿真任务,通过MATLAB对1000kV输电线路进行了仿真,分析了特高压线路中分布电容对分相电流差动保护的影响,验证了并联电抗器补偿可以有效地减小特高压线路中的电容电流。     

基于Duffing振子的直流系统接地故障检测新方法

从直流系统接地故障的原理出发,在低频注入法的基础上,为弥补低频注入法的固有缺陷,针对对地电容和谐波干扰对故障检测影响大的传统难题,提出了Duffing振子的直流系统接地故障检测新方法.先以双Hilbert变换去除检测特征量中的直流分量,再以lyapunov指数、相图和时域图作为判据,判定系统发生相变时的状态;由相变条件求得故障特征量的幅值和相位,得到接地电阻值,判定接地支路.该方法与小波检测法相比具有稳健性好、精度高,抗干扰性能强的优点,仿真结果证明了该方法的有效性.     

具备故障电流阻断能力的改进型子模块及特性

实际工程中如何实现直流故障电流的阻断是基于模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)的柔性高压直流输电(flexible high voltage DC transmission based on MMC, MMC-HVDC)系统中亟需研究与解决的关键问题之一。在分析已提出的子模块拓扑的基础上提出一种带有双向开关的钳位双电容子模块(clamp double capacitor bidirectional switch sub-module, CDCBSSM),该子模块拥有双电容可以输出三个电平,发生故障时将电容反向串联进故障回路中,利用电容的反向电压在抑制故障电流的同时迫使钳位二极管处于偏置状态从而快速切断故障电流且闭锁后电容电压较为稳定。与其他子模块拓扑相比该子模块单位电容下所需功率器件的数量最少,具有良好的经济性。在MATLAB仿真平台上对该子模块的故障阻断特性进行验证,仿真结果证实该子模块在阻断直流故障电流方面的确有效且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。     

基于电流信息的三端环形直流配电网保护策略

针对三端环形直流配电网发生故障时故障电流上升快且幅值大而导致的区内外故障判别困难问题,提出了一种基于电流信息的保护策略。主保护提出在故障暂态下先闭锁换流器,停止各端电源功率传输,利用此时线路中故障电流的方向判别区内外故障;为了弥补主保护在换流器出现闭锁故障时拒动的缺陷,配备以故障电流突变量变化率极性为判据的后备保护,构成三端环形直流配电网的保护策略;在PSCAD/EMTDC环境中搭建三端环形直流配电网,在发生极间短路故障工况下进行仿真,仿真结果表明:保护策略中的主保护系统能有效判断故障线路,其他线路断路器不会误动;当主保护拒动时,后备保护启动,判别区内区外故障,保证配电网安全运行,从而验证了所提保护策略的有效性。     

基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法

交直流混联系统中逆变站的换相失败使交流线路发生频率偏移,导致工频量纵联方向保护的可靠性受到影响。本文提出一种基于行波电流极性差异的交直流混联系统纵联方向保护方法,利用线路区内、外故障时,传播到两端保护的电流故障初始行波波头之间极性差异构成纵联保护。该方法仅利用电流初始行波极性差异进行方向判别,消除了电容式电压互感器无法准确传输宽频带电压信息导致保护的低可靠性问题,且利用高频电流进行计算,避免了交直流混联系统频率偏移的影响。仿真结果显示,基于行波电流极性差异的纵联方向保护方法能够准确、快速地识别单相故障和多相故障,适用于交直流混联系统。     

基于电流相角分布的光伏直流送出线保护方案

光伏直流送出线发生双极故障时会导致输电线路两端换流器快速闭锁,为保障系统稳定运行,保护装置需在换流器闭锁前快速准确识别故障.为此,提出一种基于两端电流极性变化的相角分布光伏直流送出线保护方案.该方案利用相角值描述故障前后一个数据窗线路两端暂态电流极性的异同,并以此分类构造保护判据,可以准确快速地判断出光伏直流送出线区内外故障.最后,在MATLAB/Simulink中搭建1 MW/±30 kV集中型光伏直流升压外送系统模型进行仿真验证.结果 表明,该方案能够快速可靠识别光伏直流送出线上的故障类型,且具有较好的抗干扰和抗过渡电阻能力.     

直流断线故障特性分析及一种基于控制的保护策略

随着"直流电网"概念的形成,传输距离的增长使得架空线成了构建直流传输网络的最佳选择。相较电缆线路,架空线故障率更高,更易发生断线故障。基于多端柔性直流环网拓扑结构,对直流网络中部分线路断开后换流站及相连线路的暂态特性进行了研究,阐述了故障后产生直流侧过电压以及非故障线路过电流的机理;以抑线路过电流水平、加快系统恢复速度为目的,提出改进后的电流控制器模型。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了四端环网模型,验证了提出的控制策略的有效性,能够明显的抑制线路过流峰值和加快直流网络恢复速度。