内外故障

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。

针对送端交流线路受风场及直流系统接入影响，故障特征迥异，以及传统继电保护原理难以适用的问题，提出一种基于模功率差的风电送出线路纵联保护新原理。首先，在单机模型的基础上，考虑风场各设备间的相互作用，推导双馈风场短路电流表达式。结合直流系统网络拓扑，建立送出线路背侧系统馈入线路模功率计算模型。在此基础上，利用区外故障网络拓扑变化引起模功率异变的特性，构造模功率差与模型差异性相关联的保护判据，用以识别交流线路区内外故障。最后，基于RT-LAB平台的试验结果验证了该方法的正确性。

针对限流电抗器安装在换流站出口，基于线路边界元件特性的多端柔直电网线路保护难以适用的问题，提出了基于换流站不同出线低频暂态能量比值的多端柔直电网线路保护方案。首先，通过分析故障后模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)在直流侧呈现的阻抗频率特性，推导出实际频率大于谐振频率时MMC等效阻抗呈感性。然后，通过分析母线处电压行波折射系数的幅频特性可知，折射过程会对故障电压行波中的低频分量具有较明显的衰减作用，并以此为依据分析区内外故障时线路两侧换流站不同出线低频暂态能量比值的差异，可利用此差异识别故障。最后，PSCAD/EMTDC的仿真结果表明，所提保护方案能够可靠识别故障，不依赖线路边界元件，且具有一定的耐过渡电阻能力。

随着海上风电向深远海发展，全直流型风电场由于不存在过电压问题等优点逐渐受到重视。针对全直流海上风电场的汇集线路继电保护问题，首先分析了直流汇集网络在不同故障类型及不同故障位置下的故障特征，计算对应故障情况下的故障电流，并与仿真值进行对比验证。根据故障特征提出一种利用汇集侧暂态电流变化率的单端量故障选线方案，利用区内外故障的故障暂态电流变化率极性和幅值差异，可在换流器过流闭锁前快速识别故障类型、故障线路及极性。通过在母线处设置附加选线流程，使线路末端高阻接地故障时也能准确选线。在PSCAD/EMTDC平台中搭建了全直流海上风电场模型，进行多种故障场景下的仿真分析，验证了所提故障选线方法的有效性。

多端柔性直流配电网因在供电可靠性方面极具优势而受到广泛的关注，然而对于直流线路保护中故障的快速、可靠识别成为其急速发展所需解决的关键问题之一。因此，设计了一种利用电流模分量特性的直流线路纵联保护方法。该方法利用故障时正极电流线模分量方向来判别区内外故障，以不同故障条件下故障点正极电流零模分量平均值的差异来构造保护判据，从而判别故障类型，形成保护策略。最后，在PSCAD/EMTDC4.5上搭建了多端柔性直流配电网模型，对保护判据及关键影响要素进行了仿真分析。结果表明，该保护方法能够有选择性地快速、可靠识别区内外故障及故障类型，且具有较好的耐过渡电阻与抗噪声能力。

该技术的应用将有效区分变电站母线区域内外故障点，有效避免备自投装置因无母差保护闭锁盲目投入，而导致电网事故或事件的发生。基本解决问题：预防因备自投装置不正确动作，导致的电网事故或事件的发生带来的直接或间接经济损失，提高了电网运行稳定性和供电可靠性。部分解决问题：完善备自投装置逻辑功能。该技术成果经专家评价及查新，创新点如下：首次提出了基于GPS同步电流相位差原理的识别无母差保护的母线区内、外故障判据；制定智能区分母线区域内外故障的备自投装置配置标准技术方案，并在工程中实践；完善了电网备用电源自投系统装置的动作逻辑功能；装置实现简单，采取嵌入式方式。解决电网备用电源自投系统中长期存在的技术问题，降低电网运行风险，补充并完善了电网备用电源自投建设技术标准，提高了电网备用电源自投建设工作规范化水平。

直流汇集送出系统具有效率高、体积小和无需无功补偿等优点，是未来远海风电场汇集送出的发展趋势。然而，相较于陆上架空线，送出海缆分布电容明显，区外故障时，长海缆分布电容电流使得线路两侧电流具有较大的差异，从而易导致基于暂态量的传统纵联保护误动作。针对该问题，提出基于故障分量时频突变特征的纵联保护原理。通过分析直流送出线路、换流器的暂态电流频率特征，考虑区内外故障时两侧暂态故障电流的频段差异，选择合适的保护应用频段。利用小波变换对故障电流进行时频变换，通过Wasserstein距离构造区内外故障识别判据，解决了区外金属或低阻故障时基于暂态时域量的纵联保护误动作问题。在半实物仿真平台(real-time digital simulation, RTDS)中搭建海上风电直流汇集送出系统模型，对所提保护方案进行仿真验证。仿真结果表明，所提保护方法能够可靠识别区内外故障，保护动作时间小于5 ms，耐受过渡电阻达300Ω，抗噪声能力达20 dB。