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基于双端初始电流行波时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2604-2615,I0008页

作者：张韵琦王聪博余越杨国生曹虹电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔... 详细信息

针对目前柔性直流(voltage source converter-based high voltage DC,VSC-HVDC)电网的线路保护中存在的问题,提出一种基于双端初始电流行波(Initial current traveling wave,ICTW)时频矩阵相似度的柔性直流输电线路保护原理。首先,对柔性直流电网在线路区内外故障下两端保护所在处ICTW的故障特性进行分析,总结出在特定时间窗内,区内故障下两端ICTW的频域相似度远高于区外故障。在此基础上,利用S变换对双端ICTW进行时频分析,建立时频矩阵,并对其做奇异值分解(singular value decomposition,SVD)。然后根据特征矩阵构造双端ICTW的相似度计算公式,以该相似度的大小判别线路区内外故障。另外,根据线路两端ICTW的高低频能量比识别雷击干扰。最后,各种故障情况下的仿真结果表明,该保护原理不依赖线路边界元件,可以保护不同长度线路的全长,具有更高的耐过渡电阻和抗噪声能力,并且能够满足柔性直流电网主保护的速动性要求。

关键词：双端量保护柔性直流(VSC-HVDC)电网初始电流行波(ICTW) 时频矩阵相似度

适用于不对称故障短路计算的新能源场站实用化建模方法

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电网技术 2024年

作者：余越韦明杰吕鹏飞杨国生王聪博电网安全全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 国家电网有限公司

继电保护整定计算是开展电力系统保护定值整定和校核的重要工具。故障时新能源出力的强受控性及控制策略的差异性使得传统整定计算结果的准确性下降。新能源接入比例逐渐升高，但目前依然缺乏面向保护整定计算的实用化新能源等值建模方... 详细信息

继电保护整定计算是开展电力系统保护定值整定和校核的重要工具。故障时新能源出力的强受控性及控制策略的差异性使得传统整定计算结果的准确性下降。新能源接入比例逐渐升高，但目前依然缺乏面向保护整定计算的实用化新能源等值建模方法，尤其缺乏针对不对称故障时新能源不同控制策略下的通用建模手段。本文以新能源在不对称故障时采取的正负序分量控制策略为依据，将新能源的单机输出特性分为了三种主要等值方式，并分别提出了面向实际工程中差异化新能源控制策略的单机等值方法，等值效果得到了具备实际工程中光伏、风机输出特性的封装模型的佐证。在此基础上提出了新能源场站聚合等值建模方法，最终通过短路计算验证了本文实用化等值建模方法的有效性和准确性。

关键词：故障保护新能源整定计算建模场站聚合等值短路计算

基于故障全电流多阶突变的换流器并网线路纵联保护

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中国电力 2024年第2期57卷 62-71页

作者：沙兆义王聪博詹荣荣余越王剑锋电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

电力电子换流器的引入改变了传统电网的故障特性,当交流线路发生故障后传统差动保护难以满足保护需求,易出现灵敏度降低甚至拒动风险。针对此问题,提出基于故障全电流多阶突变的交流线路保护原理。该保护以故障发生后线路两侧电流波形... 详细信息

电力电子换流器的引入改变了传统电网的故障特性,当交流线路发生故障后传统差动保护难以满足保护需求,易出现灵敏度降低甚至拒动风险。针对此问题,提出基于故障全电流多阶突变的交流线路保护原理。该保护以故障发生后线路两侧电流波形形变特征、突变特征的规律变化为基础,通过矩阵梯度算法对两侧全电流信号进行突变特征值的提取,即对两侧全电流信号的突变程度进行描述,进而构造纵联保护。相比于传统暂态量的快速保护无须提取固定频段特征,所提方法克服了在短路电流受控情况下利用周期分量算法无法精准提取固定暂态量的问题,相比于直接采用常规暂态信号的保护,具备较好的耐受过渡电阻以及噪声的能力。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了换流器并网系统的仿真模型并校验了保护的有效性,所提保护故障识别时间小于7.5ms,即使在经100Ω的过渡电阻故障情况下,仍然具有较高的灵敏度,能较好地满足换流器并网线路对保护速动性与选择性的需求。

关键词：换流器矩阵变换矩阵梯度纵联保护

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光储联合发电系统不对称故障穿越控制策略

电力系统及其自动化学报 2024年第5期36卷 130-140页

作者：陈晓龙郑杰颖李仲青王聪博天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 中国电力科学研究院有限公司北京100192

针对电网不对称故障下光伏发电系统输出功率与直流侧电压二倍频波动问题,提出了一种光储联合发电系统低电压穿越控制策略。在低电压穿越期间,充分利用光伏并网逆变器和储能变流器容量向电网输送有功和无功功率;在此基础上令储能变流器... 详细信息

针对电网不对称故障下光伏发电系统输出功率与直流侧电压二倍频波动问题,提出了一种光储联合发电系统低电压穿越控制策略。在低电压穿越期间,充分利用光伏并网逆变器和储能变流器容量向电网输送有功和无功功率;在此基础上令储能变流器采取基于负序虚拟电导的负序电压补偿控制策略;同时,分析了单台以及多台储能变流器参与负序电压补偿的原理,并对负序虚拟电导进行了自适应优化设计。仿真结果表明,所提控制策略能够有效削弱光伏发电系统输出功率与直流侧电压的二倍频波动。

关键词：不对称故障光储联合发电系统低电压穿越储能变流器负序电压

基于模型校核的柔性直流输电线路自适应重合闸方案

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电力系统自动化 2022年第9期46卷 191-199页

作者：李猛宁家兴和敬涵聂铭曹虹王聪博北京交通大学电气工程学院北京市100044 中国电力科学研究院有限公司北京市100192

为解决柔性直流输电线路常规自动重合闸盲目合闸的问题,有必要研究断路器合闸前识别故障性质及熄弧时刻的自适应重合闸方案。首先,考虑线路分布式参数及参数的频变特性,在分析Marti模型的基础上,得到线路两端电压电流与行波间的时域表达... 详细信息

为解决柔性直流输电线路常规自动重合闸盲目合闸的问题,有必要研究断路器合闸前识别故障性质及熄弧时刻的自适应重合闸方案。首先,考虑线路分布式参数及参数的频变特性,在分析Marti模型的基础上,得到线路两端电压电流与行波间的时域表达;其次,基于模型校核思想,将无故障模型作为计算模型,当故障消失时实际模型与计算模型相匹配,而故障未消失时实际模型与计算模型不匹配;最后,利用Pearson相关性对上述差异进行提取,提出一种适用于柔性直流输电线路的自适应重合闸方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的有效性,以及相较于自动重合闸方案和现有自适应重合闸方案的优越性。

关键词：柔性直流输电自适应重合闸模型校核 Marti模型相关性系数

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适用高比例分布式光伏接入的配电网多级保护优化配置方案

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电力系统自动化 2023年第22期47卷 55-65页

作者：韦明杰王聪博余越梁英王熙皓电网安全全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市100192

高比例分布式光伏接入配电网使系统的正常和故障电流以及特征的线性化发生显著改变,传统保护难以适应。从实施角度,基于本地信息的保护依然是兼具经济性和实用性的保护实现方式。文中阐述并量化分析了光伏接入对配电网阶段式过流保护的... 详细信息

高比例分布式光伏接入配电网使系统的正常和故障电流以及特征的线性化发生显著改变,传统保护难以适应。从实施角度,基于本地信息的保护依然是兼具经济性和实用性的保护实现方式。文中阐述并量化分析了光伏接入对配电网阶段式过流保护的影响,并提出了适应于光伏助增作用的I段保护复合判据,以及可克服光伏汲出作用的保护配合策略。进一步分析了其有效边界对光伏接入约束的要求。在此基础上,提出了多级保护配置及与自动装置的配合方案,以较小的改造代价实现了对高比例光伏不同接入和运行工况的广泛适应性。仿真结果验证了所提保护技术对光伏接入的适应性,同时也验证了光伏接入对保护方案的影响边界。

关键词：光伏配电网保护并网约束

光伏电站主变压器比率差动保护对单相接地短路故障的适应性分析

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电力自动化设备 2023年第10期43卷 217-224页

作者：陈晓龙朱雨葭张浩王聪博薛志英天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 中国电力科学研究院有限公司北京100192

结合逆变器控制策略及我国对光伏并网逆变器低电压穿越的最新要求,分析了光伏电站主变压器发生单相接地短路故障时短路点故障电流的变化规律。在此基础上,计及主变压器绕组接线方式的影响,根据具有比率制动特性的差动保护原理,研究了差... 详细信息

结合逆变器控制策略及我国对光伏并网逆变器低电压穿越的最新要求,分析了光伏电站主变压器发生单相接地短路故障时短路点故障电流的变化规律。在此基础上,计及主变压器绕组接线方式的影响,根据具有比率制动特性的差动保护原理,研究了差动电流与制动电流的变化规律。进一步通过计算差动电流与制动电流之比,分别从过渡电阻大小、光伏电站并网容量等方面定量分析了主变压器比率差动保护在该故障情况下的适应性。理论分析和仿真验证结果均表明,受控制策略的影响,当光伏电站主变压器两侧出口处分别发生单相接地短路故障时,主变压器比率差动保护灵敏度显著降低,并存在拒动风险。

关键词：光伏电站故障特性分析低电压穿越变压器比率差动保护继电保护单相接地短路故障

基于矩阵突变特征的风电经柔直送出交流线路保护

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中国电机工程学报 2023年第14期43卷 5441-5449页

作者：余越王聪博沙兆义杨国生詹荣荣阮思烨电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 国家电网有限公司北京市西城区100031

新能源经柔直送出系统中,新能源电源到柔直整流侧换流器之间的输电线路较为特殊,故障后两侧短路电流均受电力电子设备的控制策略影响,导致传统的差动保护在双侧电流受控的场景下出现灵敏度降低,甚至存在拒动作的风险。因此,该文提出基... 详细信息

新能源经柔直送出系统中,新能源电源到柔直整流侧换流器之间的输电线路较为特殊,故障后两侧短路电流均受电力电子设备的控制策略影响,导致传统的差动保护在双侧电流受控的场景下出现灵敏度降低,甚至存在拒动作的风险。因此,该文提出基于矩阵突变特征的交流线路保护新原理。首先,利用Toeplitz矩阵变换能快速放大突变信号占比的特性,将所测得的电流信号构造成Toeplitz矩阵形式。然后,利用矩阵梯度可以精准表征数据突变程度的优势构建保护判据,以实现故障的高速可靠判别,从而解决传统保护因故障电流幅值、相角受控导致的灵敏性降低以及不正确动作的问题。最后,在PSCAD中搭建风电场经柔直送出系统的电磁暂态模型,验证所提保护方法的动作性能。结果表明,所提保护能够短时间内识别区内外不同种类故障,故障识别时间小于5ms,且有最高耐受100Ω的过渡电阻的动作性能,能较好地满足风电场经柔直送出系统对保护灵敏性与可靠性的需求,具有较好的抗过渡电阻和噪声的能力。

关键词：风电场柔性直流交流线路保护矩阵梯度

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基于能量分布的新能源场站送出线路纵联保护

电网技术 2023年第4期47卷 1415-1422页

作者：杨国生樊沛林王聪博余越吕鹏飞梁英张志电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 国家电网有限公司北京市西城区100031

随着新能源规模的提升,电力系统中电力电子装置的比例也在升高,使得送出线路的短路电流出现相角受控、幅值受限等特性,对以工频量为基础的传统保护带来了新的挑战。该文利用送出线路在区外、区内故障时故障差动电流所集中的主要频段的不... 详细信息

随着新能源规模的提升,电力系统中电力电子装置的比例也在升高,使得送出线路的短路电流出现相角受控、幅值受限等特性,对以工频量为基础的传统保护带来了新的挑战。该文利用送出线路在区外、区内故障时故障差动电流所集中的主要频段的不同,通过定义信号能量来表征线路在区外、区内故障时故障差流集中频段的差异,给出了一种基于差动电流频段能量分布的纵联保护新判据。该保护方法不依赖工频量,受电力电子装置带来的短路电流新特性影响较小,针对不同类型新能源场站的送出线路均可应用。文中通过仿真对所提保护原理进行了验证,该保护方案动作时间最快可达3ms,并具有较强的过渡电阻耐受能力。

关键词：新能源并网故障分析纵联保护能量分布