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关键词： 高压直流输电   后续换相失败   多端混合直流   行波相位   继电保护   S变换  

摘要： 随着“碳中和,碳达峰”政策的推行,考虑我国可再生能源和负荷需求的逆向分布,高压直流输电凭借其大容量、长距离输电的优势得到新的发展机遇。传统常规高压直流输电技术发展较为成熟,具有容量大、损耗小等技术优势,但其具有换相失败的风险,尤其是后续换相失败可能导致直流系统的闭锁停运。混合直流输电技术结合了传统常规直流输电电压等级高、成本低和柔性直流输电无换相失败风险的优势,成为了高压直流输电新的发展趋势。本文以高压直流输电系统为研究对象,首先对于常规高压直流系统,提出了抑制后续换相失败的方法;其次针对混合高压直流系统,开展了多端混合直流线路的主、后备保护方案的研究。所做具体工作如下: 第一,针对常规高压直流输电系统在交流故障期间存在的后续换相失败问题,首先在分析现有抑制连续换相失败策略的基础上,指出低压限流环节(VDCOL)及其优化策略存在电压检测滞后的局限。然后,提出一种基于小波变换的故障检测法,能够正确识别短路故障并能排除雷击影响,根据检测结果迅速降低直流电流指令,并与VDCOL相配合,达到促进换相的目的。最后,在PSCAD/EMTDC软件中的CIGRE直流标准测试模型实现该方法,验证了其有效性,且该方法不与VDCOL环节冲突,且能和VDCOL优化策略结合使用,优势互补。 第二,针对多端混合直流系统线路主保护存在的问题,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,推导直流线路发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,提出利用初始电流行波相位的区内外识别判据,另外根据低频段雷击入射行波相位特性,构造雷击干扰识别判据。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建昆柳龙多端混合直流系统模型进行仿真验证,结果表明所提保护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)。 第三,针对多端混合直流系统线路后备保护的要求和特殊的边界特性,提出一种基于测量波阻抗相位特性的多端混合直流线路纵联保护原理。首先推导不同故障位置测点处测量波阻抗表达式,发现在高频段内,测量点处测量波阻抗相位在区内、外故障条件下差异显著,且相位特征与故障距离、类型和过渡电阻等因素无关;接着利用S变换提取测量波阻抗相位信息,并结合行波高低频能量比判据,实现故障识别。最后在PSCAD/EMTDC中进行大量测试,分析各种因素对保护性能的影响,结果表明,所提保护具有较强的耐受过渡电阻能力(1000Ω)和抗噪声能力(20d B)。 最后,总结了论文所做工作与未来研究的展望。

关键词： 光伏电站   接地方式   继电保护   并网方式   PSCAD4.6仿真  

摘要： 随着我国光伏电站建设规模不断扩大,越来越多的光伏电站接入电网。规模在10MW-30MW的集中式光伏电站(以下简称光伏电站),通常由几个光伏发电单元分别通过单元升压变压器升压到35k V或10k V电压等级,由集电线路汇集到光伏电站汇集母线,再以开关站形式直接并网到变电站低压侧35k V或10k V母线。由于变电站和光伏电站接地方式不同,在电网馈线发生单相接地故障时,给光伏电站安全并网和变电站安全稳定运行带来诸多影响,原有变电站继电保护配置及光伏电站并网方式已不再满足电网及其光伏电站安全稳定运行要求。本文以某10k V光伏电站为研究对象。首先简要介绍了光伏发电系统的基本组成和工作原理,详细阐述了光伏电源、汇集系统及线路对光伏电站单相接地故障零序电流影响,并进行了理论推导及模型构建,通过仿真分析了光伏电站切除接地故障的实现方式,验证了所建仿真模型的可靠性,为后续章节分析奠定了基础。其次,针对光伏电站并网前后对变电站接地零序电流影响进行了理论分析,对光伏电站零序过流保护配置及整定原则进行了阐述,通过实例整定和仿真说明,在光伏电站并网后,光伏电站和变电站之间存在着相互影响,原有变电站继电保护配置以及光伏电站并网方式具有一定局限性。最后,基于变电站继电保护配置与光伏电站并网方式提出了两种改进方案。改进变电站馈线及并网线路的继电保护配置,利用馈线保护切除本线路单相接地故障,利用并网线路保护实现有效的后备保护;改进光伏电站的并网方式,在光伏电站并网线路母线侧加隔离变压器,将两种不同接地方式进行有效的电气隔离,以消除相互影响。在PSCAD4.6仿真软件中进行仿真验证,证明了两种改进方案的有效性。

关键词： 继电保护   自动校验   分层系统架构   连通性自检   故障风险评估  

摘要： 作为电力系统运行的关键部件,继电保护装置在电力系统中的故障发生时,能够快速、准确地检测故障,并采取相应措施,保护电力设备和系统的安全运行,避免电力系统的故障扩大。继电保护装置校验可验证其性能和可靠性,检查其配置和参数设置是否正确,以及其逻辑和功能是否符合预期。能够帮助系统运维人员识别并纠正潜在的问题,并确保继电保护装置在故障发生时能够正确地检测和响应。现阶段继电保护装置的校验缺乏智能化、自动化校验方法,效率低,没有形成统一规范,面对不同的保护类型校验方法存在差异,且校验给出的结论往往针对保护装置整体,无法给装置的检修和维护提供指导。本文通过试验采集了通用微机保护装置的状态信息,并结合多线程委托方法设计了并发性继保智能校验系统,通过对影响保护功能的关键部件进行故障分析,完成了具备通用性的继电保护装置关键部件故障风险评估。 首先,搭建了闭环继电保护装置校验平台,通过分析保护装置、继保测试仪及上位机系统的通讯方式,设计了基于闭环网络数学模型和信号追踪算法,使得校验系统具备可拓展性的同时可以在自动校验开始前对系统进行故障定位,查找网络缺陷,保障智能校验的顺利进行。 其次,通过分析继电保护校验过程各设备的任务调度方式策略,提出了基于多线程的并发性分层架构,采用线程监听机制对继电保护校验的任务执行效率进行优化,并通过系统测试验证了智能校验系统的稳定性和高响应度。同时保证了继电保护校验可以从保护装置源端进行测试的优点。 最后,通过分析继电保护装置各个硬件组成及其功能作用,从保护装置整体找出高低压采样单元、逻辑单元及出口单元四个关键部件,并确定了故障概率、误差范围和维修成本三个重要影响指标,基于熵值法确定的各指标权重值采用可拓评估模型进行继电保护装置关键部件的故障风险评估。同时,基于.Net Frame Work4.2平台和My SQL8.0数据库开发了继电保护装置智能校验系统上位机软件,并于实验室环境进行了系统软硬件测试,证明了系统有效性。 综上,本文提出的变电站继电保护装置智能校验及状态评估方法为统一继电保护校验规范和提高继电保护校验智能化水平提供了新的思路。

关键词： 电力系统   高比例光伏并网   纵联差动保护   自适应距离保护  

摘要： 在“碳达峰、碳中和”背景下，我国的新能源产业发展迅速。为了推动光伏产业的发展，我国出台了“光伏扶贫”等相关激励政策，许多地区的分布式光伏接入水准已达到较高比例，但是随着分布式光伏接入比例的提升，改变了传统电网运行结构模式，对我国电网运行产生一定的挑战。本文针对高比例光伏接入电网后对电网的影响进行研究，分析了对电网继电保护的影响，并提出了应对策略。　　首先，对高比例光伏并网后故障时的故障特征进行了分析，介绍了故障发生后的控制策略，研究了不同限流水平，不同低电压穿越能力对光伏故障后输出特性的影响。建立光伏并网系统仿真模型，仿真分析了发生不同类型的故障时，系统的输出特性，总结出光伏电源快速的控制保护对故障特性的影响情况。　　其次，高比例光伏接入条件下，传统的故障后短路电流相角差的规律不再适用，为了使纵联差动保护能够可靠动作，本章针对送出线路区内发生最常见的不对称短路故障，展开高比例光伏接入场景下，电流差动保护动作性能分析，并提出基于相位补偿的送出线路纵联差动保护的解决方案，并通过仿真进行分析验证。　　最后，高比例光伏并网后，现有的距离保护阻抗整定值将不再适用，当发生区外故障时，距离保护容易发生误动作，通过分析电气量变化特性，提出了一种改进的距离保护方法，通过融合多种判据，可以有效避免发生区外故障时距离保护发生误动。通过建立仿真模型可以与现有自适应距离保护相互配合实现区内、外故障正确判别，验证了所提方案的可行性。

关键词： 高压   直流输电线路   继电保护  

摘要： 高压直流输电线路在远距离大规模输电中呈现突出价值,在我国电力资源输送体系中发挥了显著作用。继电保护技术是抑制高压直流输电线路故障高频、大面积发生的重要手段。本文从基于解析法的高压直流输电线路故障分析出发,论述了线路的继电保护关键技术,并以辅助决策系统开发的方式,对高压直流输电线路的继电保护精度进行了优化,希望为继电保护技术在高压直流输电线路中的有效应用提供一些参考。

关键词： 新能源电源   继电保护   故障特性   距离保护   方向元件   纵联保护   中性点过电压   动模实验  

摘要： 随着新能源并网容量的快速增加,所提供的短路电流占比的持续增大,新能源电源的复杂故障特性给电网继电保护和电气设备的运行安全带来了许多新的问题和挑战。本文结合新型电力系统的发展需求,重点围绕新能源电源故障特性分析计算与实验验证、线路主保护和后备保护性能评估和改进方案以及新能源场站联络变中性点接地方式与过电压计算等问题开展了系列深化研究。 针对新能源电源短路电流特性和计算方法研究中存在的不足,综合考虑新能源电源的故障穿越控制策略、故障类型等因素的影响,提出了短路电流故障分量计算方法,分析了短路电流的故障分量幅值和相位变化特点,分析结论可为基于故障分量的保护性能评估和新原理研究提供参考。针对工频短路电流计算方面存在的问题,通过分析Park变换对负序分量相角的影响,对双馈型电源的负序等值模型进行了修正,根据所建立的各序等值模型,并考虑过渡电阻的影响,从通用性角度给出了短路电流迭代计算方法,以更好满足工程应用要求。以双馈型电源为重点,研制了动模实验模型,构建了含新能源电源的动模实验平台。通过动模实验,验证了本文新能源电源短路电流特性分析和计算方法的正确性,同时,动模实验平台的成功研制也为后续保护新原理研究创造了良好的实验条件。 新能源场站联络线一般采用电流差动保护作为主保护。随着新能源电源并网容量的不断提高,电流差动保护性能所受的影响也日益增大,可能造成保护灵敏度降低,甚至发生拒动。论文分析了不同类型新能源电源接入对传统差动保护的影响,在此基础上,提出了一种基于余弦相似性比较的纵联保护新原理。该原理以两侧故障电流的全量构成主判据,通过引入短路电流的故障分量构成辅助判据,并结合数据时间窗的合理选择,提高保护灵敏度和动作速度。此外,提出一种可对线路两侧电流的采样值进行电容电流补偿的方案,以解决区外故障时的保护误动问题。仿真和实验结果验证了所提纵联保护原理的良好性能。 受新能源复杂故障特性和多变运行方式的影响,联络线距离保护性能劣化严重,也是后备保护研究的重点和难点。论文考虑不同类型新能源电源以及联络变不同接地方式的影响,对传统距离保护的方向元件和阻抗元件的动作性能进行了深化研究,分析总结了存在的主要问题。在此基础上,从改善距离保护整体性能的角度,提出了一种基于序电流幅值比较和序电压-电流相位差比较的新型方向元件。仿真和动模实验结果表明,所提出的新型方向元件在不同类型新能源接入情况下均具有良好的动作性能,且不受联络变中性点接地方式的影响,适应性强,可有效防止距离保护I段出口故障拒动和反向故障误动,同时,辅之以电压保持元件和延时元件构成的方向后备保护,有助于解决距离保护III段远后备灵敏度不足的难题。 随着接入电网的新能源场站不断增多,联络变压器高压侧中性点常采用间隙接地方式,以改善电网零序保护性能,但由此也带来中性点过电压等问题。针对现有研究的不足,论文根据不同类型新能源电源控制策略的特点,分别针对单相接地故障和断线/非全相运行状态,提出了联络变压器中性点电压的理论计算方法,分析了造成中性点过电压的主要原因,并通过仿真验证了其正确性。基于上述研究,给出了新能源电厂联络变中性点接地方式的应用建议,可为新能源电厂联络变压器中性点接地方式的合理选择提供参考。 论文最后对全文的主要研究工作和创新点进行了归纳总结,并对论文的下一步工作进行了展望。

关键词： 混合三端直流输电系统   继电保护   余弦相似度   Mann-Kendall检验法   故障分量  

摘要： 随着中西部新能源的迅速发展,以及对大容量、远距离输电技术的迫切需求,混合直流输电技术应运而生。昆柳龙直流工程是世界首条混合三端直流输电线路,它的投产标志着我国混合输电技术逐步走向成熟。然而,目前国内外对于混合三端输电线路保护的研究仍存在不足,寻找更加快速、可靠的保护方案很有必要,本文对此展开研究。本文所做工作如下: (1)构建混合三端直流输电系统模型,对LCC(line commutated converter)以及MMC(modular multilevel converter)换流站的拓扑结构、数学模型展开深入研究,并且根据本文的工程背景搭建了简化仿真模型,分别对LCC以及MMC侧线路故障进行分析,研究故障特征并进行仿真分析。 (2)提出一种基于余弦相似度的单端量保护方法,利用T接汇流母线三端线模电流突变方向的差异,确定故障发生区域;通过研究故障区域近换流站端电流与电压变化方向的差异,实现区内、外故障判别以及故障选极。通过对过渡电阻、故障距离以及噪声干扰因素的仿真,验证了所提方法的可靠性。 (3)提出了基于Mann-Kendall检验法的纵联保护方法,同样利用T接汇流母线三端线模电流突变方向的差异,确定故障发生区域;确定故障区域后,根据不同故障时线路首、末两端线模电流变化方向以及线路正、负极电流突变强度的差异,利用Mann-Kendall检验法描述电流变化趋势,进而实现区内、外故障以及故障极的识别。通过对过渡电阻以及噪声干扰因素的仿真,验证了所提方法的可靠性。 (4)将上述两种保护方法进行对比分析。基于电流电压变化方向的单端量保护方法无需双端通信,可快速识别故障;基于电流增量方向的纵联保护方法无数据同步要求,但受限于站间通信延迟,速动性弱于单端量保护方法。由此给出混合三端直流输电线路保护整体方案配置:以单端保护作为主保护,双端量保护作为后备保护。