纵联保护

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。

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7.5 ms，即使在经100 Ω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。

高压直流输电线路行波保护对信号采样频率要求高，保护性能受过渡电阻及噪声干扰影响较大，需配合纵联保护识别故障位置。而现有纵联差动保护易受分布电容影响，传输数据量较大，动作速度有待提升。为了解决上述问题，提出一种基于近似熵变化量判据的混合直流线路纵联保护方案。近似熵需要的计算数据量较小，且兼具高灵敏性、高可靠性优势。故障发生后，近似熵变化量呈现明显的峰值特征，基于1模电压电流近似熵变化量构建的保护判据能快速准确地识别高阻接地故障，同时能减小噪声干扰和分布电容的影响。基于乌东德±800 kV混合直流输电系统仿真模型对所提保护方案进行验证。结果表明，所提保护方案仅需5 kHz采样频率，无需严格的时间同步，且在经800 Ω过渡电阻接地及10dB信噪比场景下能够正确、快速地动作。

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。

近年来，国网江苏电力在新型电力系统建设中面临三大痛点：一是分布式电源、储能等新型可控资源快速扩展，增大了输、配电网运行风险，故障应急处置缺少可靠的通信支撑；二是光纤难以支撑点多面广的保护控制类业务以及移动作业业务，基于光纤通信的线路电流差动保护和纵联保护在输配电网中并不具备大规模应用的条件；三是现有4G网络在带宽、速率、并发比等方面的承载能力面临巨大挑战。为解决上述问题，国网江苏电力联合南瑞集团、国网陕西电力等单位面向输配电领域开展5G网络在配网差动保护、无人机、巡检机器人、配电房全景监控、智能仓储等业务场景的应用研究，有效提高电网末端供电可靠性，为能源互联网数字化建设提供强有力的信息支撑。

柔性直流配电网故障特征复杂，快速可靠的故障保护方法是柔性直流配电网亟需突破的关键技术。基于此提出了一种基于直流线路限流电抗器暂态电压皮尔逊(Pearson)相关系数的直流配电网纵联保护方法。首先，分析了区内外不同故障类型下直流线路两端限流电抗器暂态电压的特征差异。其次，利用正、负极线路电压的变化率构成保护启动判据，通过直流线路两端限流电抗器暂态电压的Pearson相关系数识别区内、外故障，并利用直流线路正负极电压变化率间的正负关系设计故障选极判据。最后，在Matlab/Simulink仿真软件中搭建柔性直流配电网仿真模型验证所提保护方法的可行性。结果表明所提保护方法能满足柔性直流配电网保护速动性和选择性的要求，且耐过渡电阻能力强，受通信延迟影响小，具有一定的抗干扰能力。

本成果研发的装置依据国网、南网以及省电网公司事故通报以及全国电网系统多起由于Q水接点接触不良所导致的电网扩大事故而研发的。关键是巧妙利用220kV旁路断路器带路与QK通道切换开关同步投入时，+24V电源自动投入，运用电路特征采用分压稳压原理构成采样回路驱动光耦，并驱动DSP微处理器、同步识别判断，实时在线可靠监测Q水投入后的运行状态，实时管控快速预警与站端后台通讯。对Q水的可靠性实现全程在线监测，确保通道信息传输正常。本装置研究针对性较强，可随220kV旁路投入QK纵联保护通道切换，自适应循环检测，自动预警，无需同步，无需考虑人为操作风险，不需要对侧配合，节省运维人员有效时间，减轻劳动强度，提高效率，Q水切换的安全性、可靠性，毋容置疑。创新性的设计，装置布局合理、电磁兼容性好，现场安装方便，不改变原有接线，不改变原有设计，接线十分简单，市场前景广阔，可在全国主电网系统推广应用。

发展清洁能源是解决能源危机和环境保护问题的有效途径和必然趋势。当前，中国已经成为全球清洁能源最大的消费国，为实现"双碳"目标，我国清洁能源装机容量还将迎来持续发展高潮。根据国家电网能源院测算，2020~2030年新能源年均新增装机容量7000万kW左右，可以完成2030年碳排放达峰。因此，2060年实现碳中和背景下新能源将迎来跨越式的发展，电网也正在积极探索如何构建以新能源为主的新型电力系统， "十四五"期间，国家将在消纳指标制定、分布式光伏开发建设、海上风电补贴等方面提供一定的政策支撑，如最近整县推进屋顶光伏试点工作，将直接推动清洁能源保持快速增长。

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。