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直流保护对交流故障的响应及其出口时序特性研究

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直流保护对交流故障的响应及其出口时序特性研究

作者：李佳曼华南理工大学

学位级别：硕士

在交直流混联系统中,当直流输电系统发生故障时,直流保护应快速动作,保护直流设备免受故障威胁;而在交流系统发生故障时,直流保护应该尽量不动作,由交流保护切除故障后恢复正常运行。然而,直流保护的动作并不严格遵循以上原则,交流故障... 详细信息

在交直流混联系统中,当直流输电系统发生故障时,直流保护应快速动作,保护直流设备免受故障威胁;而在交流系统发生故障时,直流保护应该尽量不动作,由交流保护切除故障后恢复正常运行。然而,直流保护的动作并不严格遵循以上原则,交流故障时直流保护动作导致直流闭锁等事故时有发生,交直流相互作用对直流保护的安全运行带来的新挑战已不可忽视。本文针对交直流混联系统中直流保护在交流系统故障时误动的问题展开了研究,对直流保护的运行风险进行梳理和评估,为直流输电系统的安全可靠运行提供指导。本文首先分析了交流故障下直流系统暂态的形成与发展,并总结出交流故障引发的直流暂态过程具有低电压、电流不平衡、含有100Hz分量等特征。从交流故障与直流故障的相似性、直流保护原理和整定方法的不完善性两方面揭示了直流保护对交流故障的响应机理。在这个基础上,全面梳理出在原理上能反映交流故障的直流保护类型。本文结合某特高压直流系统的PSCAD/EMTDC仿真数据,详细分析了两侧交流系统故障时的谐波特征、低电压特征以及电流失衡特征所引发的直流保护误动情况。对100Hz保护、直流低电压保护、阀组差动保护以及桥差保护在交流故障下的动态行为进行了深入分析,并提出相应的改进建议,为直流保护的更合理运行提供指导。最后,针对直流保护在交流故障下动作的不确定性问题,分析了直流保护的计时原理。指出直流保护内部计时器采用累计的计时方式,导致直流保护的出口时间具有不确定性。直流保护的出口时间决定于故障期间保护特征量的动态过程,与故障类型,故障发生时刻有关。在交流故障下会动作的几个直流保护的出口时间较为接近,故直流保护间的出口时序关系流决定了保护的最终动作结果。交流故障发生在不同故障时刻时,直流保护的出口时间不同,出口时序关系也不同,导致了直流保护动作结果的时间离散性。

关键词：直流输电系统直流保护交流故障响应特征时序特性

考虑直流控制的换流器交流侧故障及其保护动作行为分析

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高电压技术 2014年第8期40卷 2531-2540页

作者：韩昆仑蔡泽祥李佳曼李晓华华南理工大学电力学院广州510640

直流输电系统换流器交流侧故障时,换流器保护对交流侧故障的保护边界不明确,换流器保护与故障间的对应关系也不明确。为进一步明确换流器保护响应与交流侧故障间的关系,在考虑直流系统控制作用以及换流器工作状态切换的基础上,建立了基... 详细信息

直流输电系统换流器交流侧故障时,换流器保护对交流侧故障的保护边界不明确,换流器保护与故障间的对应关系也不明确。为进一步明确换流器保护响应与交流侧故障间的关系,在考虑直流系统控制作用以及换流器工作状态切换的基础上,建立了基于回路叠加的换流器故障分析电路,对交流侧故障时换流器各保护的动态响应特性进行了分析。在此基础上,采用基于实际参数的EMTDC模型对交流侧故障下换流器保护的动作行为进行了分析。分析表明:换流器差动保护可反映换流器交流侧的接地故障;阀短路保护可以反映其所在桥互感器阀侧的相间故障;阀组差动保护仅能反映D桥交流侧单相对地故障;桥差保护则反映的是其所在桥以外的另一桥互感器阀侧的相间短路故障。

关键词：直流控制换流器交流侧故障换流器保护故障类型动态特性保护动作行为

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直流扰动对交流继电保护动态行为的影响

高电压技术 2016年第10期42卷 3246-3252页

作者：蔡泽祥李佳曼余超耘李晓华华南理工大学电力学院广州510640

针对直流系统对交流继电保护所带来的新扰动,分析了直流系统扰动在交流电网中传递的机理。在数字实时仿真系统(RTDS)上,以南方电网某直流系统为原型搭建了一次系统模型,通过接入实际保护装置,构成闭环的交直流混合仿真系统,分析了交流... 详细信息

针对直流系统对交流继电保护所带来的新扰动,分析了直流系统扰动在交流电网中传递的机理。在数字实时仿真系统(RTDS)上,以南方电网某直流系统为原型搭建了一次系统模型,通过接入实际保护装置,构成闭环的交直流混合仿真系统,分析了交流继电保护在直流系统3类扰动工况下的动态行为。结果表明,直流正常运行工况变化对交流保护的影响较小,不足以引起交流保护的误动。而在直流扰动及异常工况这类扰动中,以换相失败对交流保护的影响最为严重。换相失败时引起的快速功率倒向导致变化量方向元件及负序方向元件有误动的可能,并增大了零序过流保护的保护范围。在直流系统故障时,直流控制保护系统在故障后的快速响应比直流故障本身对交流保护的冲击更大,以双极闭锁最为严重,这会给交流保护带来一系列不良影响。所得结果为全面评估交直流混联系统中的交流继电保护提供了依据。

关键词：交直流混联系统交流保护直流输电故障分析换相失败功率倒向

空心线圈电流互感器传变特性及其对继电保护的适应性分析

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电网技术 2013年第5期37卷 1471-1476页

作者：何瑞文蔡泽祥王奕李佳曼谢琼香广东工业大学自动化学院广东省广州市510006 华南理工大学电力学院广东省广州市510640 广东电网公司电力科学研究院广东省广州市510080

为了系统地分析空心线圈电流互感器传变特性及其对继电保护的影响,针对具体的互感器物理结构,采用理论、实验和仿真分析的手段,研究空心线圈电流互感器传感头和整体的频率特性和暂态特性。揭示了互感器较宽的频带特性有利于提高继电保... 详细信息

为了系统地分析空心线圈电流互感器传变特性及其对继电保护的影响,针对具体的互感器物理结构,采用理论、实验和仿真分析的手段,研究空心线圈电流互感器传感头和整体的频率特性和暂态特性。揭示了互感器较宽的频带特性有利于提高继电保护性能,频带宽度主要由Rogowski传感头和信号处理电路特性参数决定;暂态电流的测量误差关键取决于互感器对衰减非周期分量的刻画能力,即主要由非周期分量衰减时间常数和积分单元特性参数决定。最后,进一步从结构设计和测试标准方面提出空心线圈电流互感器应用于继电保护系统的适应性措施。

关键词：电流互感器空心线圈传变特性继电保护

交直流混联电网中交流暂态侵入对直流继电保护的影响分析

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高电压技术 2014年第11期40卷 3618-3625页

作者：徐敏蔡泽祥韩昆仑李晓华李佳曼华南理工大学电力学院广州510640

为减少交流系统故障情况下直流继电保护误动作事故的发生,引入交流暂态侵入(IAST)的概念,为交直流混联系统中直流继电保护的设计与运行提供新的视角。首先分析了IAST及其暂态响应的机理、形式、特征等。在此基础上,分析了IAST给直流继... 详细信息

为减少交流系统故障情况下直流继电保护误动作事故的发生,引入交流暂态侵入(IAST)的概念,为交直流混联系统中直流继电保护的设计与运行提供新的视角。首先分析了IAST及其暂态响应的机理、形式、特征等。在此基础上,分析了IAST给直流继电保护带来的问题和挑战。结果表明,IAST使得换流器区保护与换流变压器区保护之间的权责不清,导致以100 Hz保护为代表的直流保护与交流保护之间的时序配合不当,影响到直流保护的动作定值与性能。在保证直流输电系统一次设备安全的前提下,可通过改进保护逻辑、优化定值等手段,最大限度地提高交直流混联系统的运行效率和可靠性。

关键词：交直流混联系统交直流相互作用交流暂态侵入直流继电保护 100Hz保护直流线路保护

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换流器直流差动保护动作特性分析与优化

电网技术 2015年第6期39卷 1744-1750页

作者：余超耘蔡泽祥李晓华李佳曼周全王海军华南理工大学电力学院广东省广州市510640 中国南方电网超高压输电公司广东省广州市510620

换流器的故障特征呈现时空复杂性,亟需对直流差动保护的故障响应范围和动作特性展开系统的梳理和评估。分析了直流差动保护的保护范围与功能定位,明确了其存在的选择性问题,即保护范围超出直流系统而延伸至交流系统。以某实际高压直流... 详细信息

换流器的故障特征呈现时空复杂性,亟需对直流差动保护的故障响应范围和动作特性展开系统的梳理和评估。分析了直流差动保护的保护范围与功能定位,明确了其存在的选择性问题,即保护范围超出直流系统而延伸至交流系统。以某实际高压直流输电工程的模型参数为背景,详细分析了直流差动保护在不同故障下的动作特性,解析分析了保护特征量的边界,且进一步考虑了直流控制对保护动作特性的影响。分析了提升直流差动保护动作选择性的策略,并构造了引入换流器交流侧电气量的辅助判据,从原理上解决直流差动保护的选择性问题,实际高压直流输电工程的仿真算例验证了该辅助判据的有效性。

关键词：直流差动保护动作特性高压直流保护判据

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直流保护出口时间的不确定性及其时序特性

广东电力 2016年第12期29卷 85-91页

作者：李佳曼广东电网有限责任公司汕头澄海供电局广东汕头515800

针对直流保护在交流故障下动作结果不确定的问题,就直流保护在交流故障下出口时间的不确定性及其特有的出口时序特性展开研究。首先分析了直流保护的计时原理,指出直流保护计时采用累计方式导致动作出口时间不确定;然后基于实际的控制... 详细信息

针对直流保护在交流故障下动作结果不确定的问题,就直流保护在交流故障下出口时间的不确定性及其特有的出口时序特性展开研究。首先分析了直流保护的计时原理,指出直流保护计时采用累计方式导致动作出口时间不确定;然后基于实际的控制保护模型与参数的PSCAD/EMTDC仿真平台,通过设置不同故障条件,研究不同故障、不同故障角对直流保护出口时间的影响,结果表明直流保护出口时间在不同故障和不同故障角下具有不确定性;最后分析了直流保护在交流故障下的出口时序特性,结果表明不同直流保护的出口时序配合决定了最后保护动作的结果。

关键词：直流保护交流故障出口时间不确定性出口时序

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RTDS的用户自定义建模方法及其应用

电气技术 2017年第3期18卷 102-106页

作者：李佳曼广东电网汕头澄海供电局广东汕头515800

基于电力系统实时数字仿真系统RTDS提供的自定义建模环境CBuilder,本文提出了电力系统元件的自定义模型设计方法,开发了C语言描述的算法、可视化的图形外观、组件化的功能的自定义元件模型,通过编译和封装,生成与RTDS自带模型相同执行... 详细信息

基于电力系统实时数字仿真系统RTDS提供的自定义建模环境CBuilder,本文提出了电力系统元件的自定义模型设计方法,开发了C语言描述的算法、可视化的图形外观、组件化的功能的自定义元件模型,通过编译和封装,生成与RTDS自带模型相同执行效率的动态链接库。本文以IEEE型EXST1静止励磁系统为例建立起自定义模型,并通过搭建特定的电网场景对自定义元件和RTDS自带的模型分别进行闭环测试,测试结果表明系统在初始化过程、机端电压参考值阶跃过程、系统在大扰动情况等条件下两者外特性基本一致,验证了本文方法的正确性。

关键词：电力系统实时数字仿真系统自定义建模控制元件闭环测试

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空心线圈电流互感器传变特性实验研究和分析

电工电能新技术 2014年第5期33卷 51-57页

作者：何瑞文王奕蔡泽祥谢琼香李佳曼广东工业大学自动化学院广东广州510006 广东电网公司电力科学研究院广东广州510080 华南理工大学电力学院广东广州510640

为了精确评估空心线圈电流互感器的传变特性,设计了空心线圈电流互感器精确度、饱和特性、频率特性和暂态特性的测试方案,根据互感器的结构模块设置测试点,研究各单元部件和整机的特性。提出采用"额定准确低限值一次电流"下的"总谐波畸... 详细信息

为了精确评估空心线圈电流互感器的传变特性,设计了空心线圈电流互感器精确度、饱和特性、频率特性和暂态特性的测试方案,根据互感器的结构模块设置测试点,研究各单元部件和整机的特性。提出采用"额定准确低限值一次电流"下的"总谐波畸变率"指标,评价空心线圈电流互感器在小电流时的输出波形质量。实验结果表明,空心线圈电流互感器大电流时线性度好,小电流时易受干扰的影响,互感器频带受限于传感线圈参数和信号处理电路的相频特性,对故障暂态电流和励磁涌流的传变误差主要来源于衰减直流分量的测量误差。研究方法为厂家产品设计和改良、相关测试标准的改善提供参考。

关键词：电流互感器空心线圈传变特性线性度频率特性暂态特性