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基于等效故障区段的柔性直流输电线路单端量保护方案

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电工技术学报 2024年

作者：郑涛李紫肖陈云飞宋祥艳新能源电力系统全国重点实验室(华北电力大学) 国网冀北电力有限公司唐山供电公司

行波保护动作速度快，具有不依赖线路边界元件以及不受新能源控制策略影响等优点，是目前解决柔性直流输电线路中单端暂态量保护方案在弱边界情况下难以适用的有效途径之一。然而现有基于行波特征的单端量保护方案多为欠范围式保护，存... 详细信息

行波保护动作速度快，具有不依赖线路边界元件以及不受新能源控制策略影响等优点，是目前解决柔性直流输电线路中单端暂态量保护方案在弱边界情况下难以适用的有效途径之一。然而现有基于行波特征的单端量保护方案多为欠范围式保护，存在难以保护线路全长的问题。对此，本文首先通过分析线路不同位置故障时反向电流行波的传播路径，推导出在首个反极性波到达前，保护处检测到同极性波的数量与故障位置的关系；在此基础上，考虑近端或末端故障时的“漏波”现象以及线路长度的影响，定义并引入“等效故障区段”的概念，以增大零线模时差在区内外故障时的差异，进而提出了基于等效故障区段的柔性直流输电线路单端量保护方案。该方案解决了现有单端量保护方案难以保护线路全长的问题，并考虑了近端或末端故障时采样率受限的影响，具有一定的容错性。最后，基于PSCAD/EMTDC的仿真实验，验证了本文所提保护方案的可行性。

关键词：柔性直流输电线路单端量保护行波极性零线模时差等效故障区段容错性

基于首行波曲率半径的交直流互联电网交流输电线路单端量保护

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 148-158页

作者：高淑萍段云青宋国兵郑瀚李晓芳西安科技大学电气与控制工程学院陕西西安710054 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049 西安市电气设备状态监测与供电安全重点实验室陕西西安710054

交直流互联电网中逆变侧交流输电线路故障特征与纯交流系统具有较大的差异性,传统交流输电线路的保护方案已经不再适用于逆变侧交流输电线路.首先,基于逆变侧交流输电线路发生区内、外故障时拓扑结构的不同,分别推导了两种情况下线模故... 详细信息

交直流互联电网中逆变侧交流输电线路故障特征与纯交流系统具有较大的差异性,传统交流输电线路的保护方案已经不再适用于逆变侧交流输电线路.首先,基于逆变侧交流输电线路发生区内、外故障时拓扑结构的不同,分别推导了两种情况下线模故障分量电流首行波的表达式,理论上明确了交流输电线路在发生区内、外故障时首行波波形特征的差异性.其次,采用小波变换模极大值法和Levenberg-Marquardt算法提取首行波曲率半径,构造了利用首行波曲率半径进行故障区域识别的高可靠性单端量保护方案.最后,在PSCAD/EMTDC中搭建交直流互联电网模型,使用MATLAB对保护方案进行验证.仿真结果表明:所提保护方案快速有效,可靠性高,耐受过渡电阻的能力较强,具有良好的抗噪声能力.

关键词：交直流互联电网单端量保护 Levenberg-Marquardt算法小波变换模极大值法首行波曲率半径

基于限流电抗器两侧特定频段暂态能量比的MTDC电网单端量保护方案

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智慧电力 2024年第1期52卷 87-94页

作者：刘晓军金小东刘迎迎赵冠雄刘亚东现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林吉林132012 国网潍坊市供电公司山东潍坊261100 国网长春供电公司吉林长春130000 国网吉林电力科学研究院吉林长春130000

柔性直流输电技术有利于未来大量分布式能源接入电网,而配置快速、可靠的保护方案是柔性直流技术发展的关键。基于直流电网等效模型,提出一种基于限流电抗器两侧电压特定频段暂态能量比差异性的单端量故障区域识别方法。该方法依据贝瑞... 详细信息

柔性直流输电技术有利于未来大量分布式能源接入电网,而配置快速、可靠的保护方案是柔性直流技术发展的关键。基于直流电网等效模型,提出一种基于限流电抗器两侧电压特定频段暂态能量比差异性的单端量故障区域识别方法。该方法依据贝瑞隆等效模型计算出限流电抗器两侧电压比,通过广义S变换提取限流电抗器两侧特定频段电压,根据故障时正负极限流电抗器的电压幅值差的差异性实现故障选极。最后在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型,分析出发生区内外故障时差异性明显,具备较强的耐过渡电阻与抗噪声干扰能力。

关键词：多端柔性直流电网暂态能量比单端量保护线路保护故障选极

基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法

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东北电力大学学报 2024年第3期44卷 64-73页

作者：金恩淑张弼弘胡晓晨朱宏吴宛凝耿梦炜东北电力大学电气工程学院吉林吉林132012

柔性直流配电技术的理论研究已经步入成熟阶段,其线路保护方法的不完备成为制约该技术发展的重要因素,尤其是以快速动作为优势的单端量保护,耐高阻能力弱、所需采样率高等问题仍待解决。为解决上述问题,文中通过分析单极对称接线系统发... 详细信息

柔性直流配电技术的理论研究已经步入成熟阶段,其线路保护方法的不完备成为制约该技术发展的重要因素,尤其是以快速动作为优势的单端量保护,耐高阻能力弱、所需采样率高等问题仍待解决。为解决上述问题,文中通过分析单极对称接线系统发生金属性双极短路故障和经过渡电阻故障时限流电抗器电压特征,利用限流电抗器电压及其负变化率积聚和构造保护判据,据此提出了一种基于限流电抗器电压的柔性直流配电线路单端量保护新方法。仿真结果表明,该方法能在0.5 ms内可靠识别区内故障,且耐受过渡电阻(20Ω)和噪声影响,所需采样率要求低,具有工程实用意义。

关键词：柔性直流配电模块化多电平换流器限流电抗器单端量保护

基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案

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高电压技术 2024年第2期50卷 649-659,I0003-I0010页

作者：戴志辉牛宝仪邱宏逸奚潇睿韩哲宇韦舒清华北电力大学电气与电子工程学院保定071000 国网浙江余姚市供电有限公司宁波315000

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段... 详细信息

为了解决LCC-MMC型多端混合直流系统线路保护存在的问题,提出一种基于初始电流行波相位的多端混合直流线路单端保护方案。首先基于多端混合直流输电线路发生不同位置和类型的故障工况,推导直流线路入射电压行波的解析式并计算其高频段相位。其次结合线路边界行波折反射原理和测量波阻抗特性,提出利用初始电压行波相位的区内外识别判据,并根据雷击和短路故障的入射行波低频相位特性构建雷击干扰判据。在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行验证,证明所提方案仅利用单端量信息即可满足故障判断和选线要求,满足速度性的同时具备一定的抗过渡电阻能力(500Ω)。

关键词：多端混合直流电流行波相位线路故障 S变换单端量保护

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不依赖电源特性的交流线路单端量保护

电力系统自动化 2023年第22期47卷 33-43页

作者：张晨浩闫吉飞吕艺超宋国兵郑玉平吴通华西安交通大学电气工程学院陕西省西安市710049 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 江苏省南京市211106

现有交流线路保护仍基于同步机电源特性,随着新能源占比不断提升、电力电子化特征更加明显,其适应边界将逐渐减小,有必要研究不依赖电源特性的继电保护新原理。文中提出了利用行波波前故障信息实现高性能保护的原理。首先,推导了交流线... 详细信息

现有交流线路保护仍基于同步机电源特性,随着新能源占比不断提升、电力电子化特征更加明显,其适应边界将逐渐减小,有必要研究不依赖电源特性的继电保护新原理。文中提出了利用行波波前故障信息实现高性能保护的原理。首先,推导了交流线路故障行波波前解析表达式,指出行波波前表达式包含工频正弦项和直流衰减项。直流衰减项的指数系数仅受故障距离影响,而两代数项的幅值系数与故障严重程度有关,由此实现了行波波前故障距离、故障严重程度信息的表征与解耦。进一步,提出了基于多点消去的波前指数系数提取算法,实现了波前故障距离信息的有效提取。在此基础上,提出了交流输电线路单端量波前保护新原理,分析了串联/并联/组合型线路边界对波前指数系数的影响。仿真验证结果表明,保护能够快速、可靠、灵敏地识别交流输电线路故障,不受故障类型和过渡电阻的影响,适用于不同的新能源及电力电子装备接入场景,且运算量小,受噪声影响小。

关键词：交流输电线路线路保护单端量保护电源特性行波

基于首行波主频分量的柔性直流输电线路单端量行波保护

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中国电机工程学报 2023年第15期43卷 5797-5807页

作者：邓丰张振钟航曾哲冯思旭曾祥君潘一彬长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410114

基于传统柔性直流输电线路行波保护存在耐过渡电阻能力不足,保护整定缺乏依据的问题。该文首先分析区内、外故障保护安装处首行波频率分量的衰减特征,揭示区内故障首行波频率分量衰减规律,区内、外故障首行波频率分量衰减差异性。然后,... 详细信息

基于传统柔性直流输电线路行波保护存在耐过渡电阻能力不足,保护整定缺乏依据的问题。该文首先分析区内、外故障保护安装处首行波频率分量的衰减特征,揭示区内故障首行波频率分量衰减规律,区内、外故障首行波频率分量衰减差异性。然后,深入分析保护安装处故障首行波解析式,增强高频分量在能量计算中的影响,构造出能够反映故障位置和线路边界衰减特性的首行波主频分量。首行波主频分量解析式表明主频分量随故障距离增加而减小,区内、外故障首行波主频分量存在显著差异。在此基础上,提出一种基于首行波主频分量衰减特征的单端量行波保护方法,该方法充分利用了首行波全频段信息,原理上不受过渡电阻的影响且主频分量解析式也为保护阈值整定提供了理论依据。仿真结果表明所提保护方案能够快速准确识别区内、外故障,首行波主频分量能有效反映故障位置,整定简单易行,耐过渡电阻能力较强,在不同网络拓扑结构下具有较强的适应性。

关键词：柔性直流输电行波衰减特征主频分量过渡电阻单端量保护

基于电压行波极性特征的新能源送出线路保护方案

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电力工程技术 2024年第1期43卷 127-135页

作者：叶远波章昊王同文宋祥艳苏毅郑涛国网安徽省电力有限公司安徽合肥230022 北京四方继保自动化股份有限公司北京100085 华北电力大学(新能源电力系统国家重点实验室) 北京102206

新能源经交流线路送出时,由于其弱馈性和受控特性,传统的工频量保护难以适用,而行波保护能够在新能源控制系统介入导致故障特性发生较大变化之前完成故障识别,是目前解决新能源送出线路工频量保护问题的有效途径之一。然而现有的单端行... 详细信息

新能源经交流线路送出时,由于其弱馈性和受控特性,传统的工频量保护难以适用,而行波保护能够在新能源控制系统介入导致故障特性发生较大变化之前完成故障识别,是目前解决新能源送出线路工频量保护问题的有效途径之一。然而现有的单端行波保护方案无法准确识别区内近端故障和区内末端故障,因此文中分析了区内和区外故障情况下行波的折反射过程,并利用电压行波零模分量与线模分量到达保护安装处的时间差对故障位置进行初判;针对基于时间差难以准确识别的区内近端故障和区内末端故障,进一步挖掘电压行波的极性特征,利用首个反极性的电压行波和故障初始电压行波到达保护安装处的时间差与故障位置的关系来识别区内近端故障,利用前2个电压行波的极性关系来识别区内末端故障。仿真结果表明,该方案能够快速识别区内外故障,并且具有较好的耐过渡电阻能力。

关键词：新能源线路行波保护电压行波小波变换极性比较单端量保护

基于模量行波差异的柔性直流输电线路单端量保护方法

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电力自动化设备 2023年第10期43卷 112-120页

作者：贾科姚昆鹏刘子奕刘可歆张恬昕毕天姝华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

在柔性直流输电中,基于波形特征的行波保护在近端或对近端故障时易受后续行波影响,保护范围存在死区;且发生区外非金属性故障时故障处电压并非阶跃波,若以故障处电压为阶跃波开展原理研究,则也会影响保护的动作性能。针对以上问题,首先... 详细信息

在柔性直流输电中,基于波形特征的行波保护在近端或对近端故障时易受后续行波影响,保护范围存在死区;且发生区外非金属性故障时故障处电压并非阶跃波,若以故障处电压为阶跃波开展原理研究,则也会影响保护的动作性能。针对以上问题,首先解析发生区内、外故障时故障处电压波形差异的原因,然后分析线模与零模电流之间的差异性,进一步得到反映区内、外故障的模量行波差异通项。为避免区外非金属性故障的影响,在此基础上利用不对称故障下行波的折反射特征,提出模量行波差异与折反射特征相配合的单端量保护方法。PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所提保护方法能有效解决近端故障下保护拒动的问题且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪声干扰能力,此外还避免了区外非金属故障的影响。

关键词：柔性直流输电继电保护故障处电压模量行波差异折反射特征单端量保护