具备高灵敏性与速动性的柔性直流输电系统纵联保护方案
发布时间：2021-08-30 13:26
多端柔性直流输电线路故障的快速识别对电网的安全稳定运行具有重大意义。目前,直流线路纵联差动保护未考虑电容电流的影响,其速动性的欠缺导致其仅用作后备保护。为解决该问题,提出了一种足够灵敏、且能够在超短时间窗内实现故障识别的纵联保护原理。首先,基于贝瑞隆模型,对电容电流进行有效补偿。其次,计及模型法对参数较为敏感这一不利因素,设计了保护浮动门槛。最后,基于区内/外故障情况下电流推演值与原始值间的Hausdorff距离存在差异性的特征,提出了一种多端柔性直流输电线路纵联保护原理。理论分析及仿真结果表明,所提的保护原理能灵敏、可靠地实现区内故障的识别,并且在速动性指标上能够满足柔性直流输电系统的要求。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(14)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多端柔性直流电网示意图
-134-电力系统保护与控制波动导致的Hausdorff距离相对其真值的相对误差分布，如图3所示。图3模型误差系数变化情况Fig.3Variationofmodelerrorcoefficient由图3可知，当电阻与波阻抗参数同时出现最大正误差时，Hausdorff距离的变化率最大为4.64%，即模型误差系数errorK可取为0.05。此外，互感器传变误差参数和模型误差参数进行求和的整定方法具有良好的裕度。实际上两种误差不能认为完全独立，对两种参数求和的方法基本符合传统继电保护的整定原则，有效地保障了本方案保护的可靠性和安全性。4仿真验证4.1仿真模型基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，建立张北四端VSC-MTDC输电系统，系统参数和拓扑结构均与张北工程中一致。如图2所示，记多端柔性直流输电线路编号为Line1、Line2、Line3、Line4，其长度分别为184.4km、101km、131.1km、78.3km。保护采样频率为50kHz，Hausdorff时间窗的长度为2ms(相当于100个采样点)。以长度为184.4km的线路Line1为研究对象，分别对所提出原理在区内/区外线路故障场景、金属性/高阻线路故障下保护的动作性能展开研究及分析。4.2系统正常运行及区外故障分析算例1：系统正常运行记系统于t=0ms时刻处于正常运行状态。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到n端的线模电流的推演值，如图4所示。其中图4(a)给出了电流真实值与推演值的波形示意图，图4(b)为此时所提出判据的动作情况。可见系统正常运行时，图4(a)中n侧模电流实际值与推演值的波形完全重合。图4(b)中，
?t=0ms时刻处于正常运行状态。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到n端的线模电流的推演值，如图4所示。其中图4(a)给出了电流真实值与推演值的波形示意图，图4(b)为此时所提出判据的动作情况。可见系统正常运行时，图4(a)中n侧模电流实际值与推演值的波形完全重合。图4(b)中，保护的Hausdorff距离值(H值)的曲线完全处于浮动整定门槛曲线下方，不满足保护判据式(15)，保护能够在系统正常运行时保持可靠不动作。图4正常运行仿真结果图Fig.4Simulationresultsofnormaloperation算例2：Line3中点极间短路故障，金属性考虑区外严重故障场景，设置Line3线路中点处发生极间金属性短路故障，记系统故障时刻为t=0ms。此时对于线路Line1的保护而言，该故障属于区外故障，应要求本条线路的保护可靠不动作。当未补偿电容电流时，记录线路Line1两端线模电流测量值。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到其经过线路(Line1)全长传播到n端的线模电流的推演值。未补偿电容电流时线路两端线模电流波形及判据动作情况如图5(a)、图5(b)所示，补偿电容电流后n侧线模电流推演值与测量值(真实值)的波形及判据动作情况如图5(c)、图5(d)所示。由图5(a)可见，未补偿电容电流时，线路两端电流波形差异性较大，两路波形具有较低的波形相似度。图5(b)中，较大的差异性会导致Hausdorff距离值(H值)大于整定门槛setH，从而会造成区外故障时保护误动。Line3发生故障时，故障支路不会破坏Line1贝瑞隆模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案[J]. 戴志辉,张程,刘宁宁,王靖宇,潘星宇. 电力系统保护与控制. 2019(21)
[2]不依赖于边界元件的架空型多端柔直电网就地测距式接地保护原理[J]. 童宁,林湘宁,张雪松,赵波,陈乐,李正天,金能. 中国电机工程学报. 2019(07)
[3]基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理[J]. 戴志辉,严思齐,张程,王增平. 电力系统保护与控制. 2018(22)
[4]基于边界特征的高压直流输电长线路故障判别方法[J]. 魏德华,苗世洪,刘子文,李力行,段偲默,晁凯云. 电力系统保护与控制. 2018(17)
[5]基于波形相似度比较的线路快速纵联保护研究[J]. 陈乐,薄志谦,林湘宁,魏繁荣,余梦琪,金能,Muhammad Shoaib Khalid,李正天,黄景光,邓科. 中国电机工程学报. 2017(17)
[6]利用峰值频率的高压直流输电线路纵联保护方案[J]. 杨亚宇,邰能灵,范春菊,刘琦,陈金祥. 中国电机工程学报. 2017(15)
[7]适用于半波长线路的贝瑞隆差动改进算法[J]. 李斌,郭子煊,姚斌,王兴国. 电力系统自动化. 2017(06)
[8]基于贝瑞隆模型的故障分量相位相关特高压输电线路保护新方法[J]. 申志成,张慧媛,周庆捷,郭永生. 智能电网. 2016(05)
[9]架空线柔性直流电网构建方案[J]. 孙栩,曹士冬,卜广全,王华伟,雷霄,卢斌先. 电网技术. 2016(03)
[10]高压直流输电线路暂态保护分析与展望[J]. 于洋,孙学锋,高鹏,刘兴华,陈勇强,刘琳. 电力系统保护与控制. 2015(02)
本文编号：3372860
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(14)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
多端柔性直流电网示意图
-134-电力系统保护与控制波动导致的Hausdorff距离相对其真值的相对误差分布，如图3所示。图3模型误差系数变化情况Fig.3Variationofmodelerrorcoefficient由图3可知，当电阻与波阻抗参数同时出现最大正误差时，Hausdorff距离的变化率最大为4.64%，即模型误差系数errorK可取为0.05。此外，互感器传变误差参数和模型误差参数进行求和的整定方法具有良好的裕度。实际上两种误差不能认为完全独立，对两种参数求和的方法基本符合传统继电保护的整定原则，有效地保障了本方案保护的可靠性和安全性。4仿真验证4.1仿真模型基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，建立张北四端VSC-MTDC输电系统，系统参数和拓扑结构均与张北工程中一致。如图2所示，记多端柔性直流输电线路编号为Line1、Line2、Line3、Line4，其长度分别为184.4km、101km、131.1km、78.3km。保护采样频率为50kHz，Hausdorff时间窗的长度为2ms(相当于100个采样点)。以长度为184.4km的线路Line1为研究对象，分别对所提出原理在区内/区外线路故障场景、金属性/高阻线路故障下保护的动作性能展开研究及分析。4.2系统正常运行及区外故障分析算例1：系统正常运行记系统于t=0ms时刻处于正常运行状态。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到n端的线模电流的推演值，如图4所示。其中图4(a)给出了电流真实值与推演值的波形示意图，图4(b)为此时所提出判据的动作情况。可见系统正常运行时，图4(a)中n侧模电流实际值与推演值的波形完全重合。图4(b)中，
?t=0ms时刻处于正常运行状态。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到n端的线模电流的推演值，如图4所示。其中图4(a)给出了电流真实值与推演值的波形示意图，图4(b)为此时所提出判据的动作情况。可见系统正常运行时，图4(a)中n侧模电流实际值与推演值的波形完全重合。图4(b)中，保护的Hausdorff距离值(H值)的曲线完全处于浮动整定门槛曲线下方，不满足保护判据式(15)，保护能够在系统正常运行时保持可靠不动作。图4正常运行仿真结果图Fig.4Simulationresultsofnormaloperation算例2：Line3中点极间短路故障，金属性考虑区外严重故障场景，设置Line3线路中点处发生极间金属性短路故障，记系统故障时刻为t=0ms。此时对于线路Line1的保护而言，该故障属于区外故障，应要求本条线路的保护可靠不动作。当未补偿电容电流时，记录线路Line1两端线模电流测量值。利用贝瑞隆模型对电容电流进行补偿后，可以由线路m端的线模电压电流时间序列计算得到其经过线路(Line1)全长传播到n端的线模电流的推演值。未补偿电容电流时线路两端线模电流波形及判据动作情况如图5(a)、图5(b)所示，补偿电容电流后n侧线模电流推演值与测量值(真实值)的波形及判据动作情况如图5(c)、图5(d)所示。由图5(a)可见，未补偿电容电流时，线路两端电流波形差异性较大，两路波形具有较低的波形相似度。图5(b)中，较大的差异性会导致Hausdorff距离值(H值)大于整定门槛setH，从而会造成区外故障时保护误动。Line3发生故障时，故障支路不会破坏Line1贝瑞隆模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于反行波差值的特高压直流线路纵联保护方案[J]. 戴志辉,张程,刘宁宁,王靖宇,潘星宇. 电力系统保护与控制. 2019(21)
[2]不依赖于边界元件的架空型多端柔直电网就地测距式接地保护原理[J]. 童宁,林湘宁,张雪松,赵波,陈乐,李正天,金能. 中国电机工程学报. 2019(07)
[3]基于电流特征量相关系数的UHVDC线路纵联保护新原理[J]. 戴志辉,严思齐,张程,王增平. 电力系统保护与控制. 2018(22)
[4]基于边界特征的高压直流输电长线路故障判别方法[J]. 魏德华,苗世洪,刘子文,李力行,段偲默,晁凯云. 电力系统保护与控制. 2018(17)
[5]基于波形相似度比较的线路快速纵联保护研究[J]. 陈乐,薄志谦,林湘宁,魏繁荣,余梦琪,金能,Muhammad Shoaib Khalid,李正天,黄景光,邓科. 中国电机工程学报. 2017(17)
[6]利用峰值频率的高压直流输电线路纵联保护方案[J]. 杨亚宇,邰能灵,范春菊,刘琦,陈金祥. 中国电机工程学报. 2017(15)
[7]适用于半波长线路的贝瑞隆差动改进算法[J]. 李斌,郭子煊,姚斌,王兴国. 电力系统自动化. 2017(06)
[8]基于贝瑞隆模型的故障分量相位相关特高压输电线路保护新方法[J]. 申志成,张慧媛,周庆捷,郭永生. 智能电网. 2016(05)
[9]架空线柔性直流电网构建方案[J]. 孙栩,曹士冬,卜广全,王华伟,雷霄,卢斌先. 电网技术. 2016(03)
[10]高压直流输电线路暂态保护分析与展望[J]. 于洋,孙学锋,高鹏,刘兴华,陈勇强,刘琳. 电力系统保护与控制. 2015(02)
本文编号：3372860
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