02 大型交直流混联电网保护与控制 董新洲
继电保护的新进展讲座-董新洲
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波阻抗继电器的特点
快速动作性能，只反映初始行波； 构成简单，直接使用测量到的电压行波和电 流行波判别故障方向，不需要构造方向行波， 这是该继电器的一个突出优点。 与行波电压和电流的具体数值无关，这是该 继电器的另一个突出特点。
波阻抗继电器的正向动作判据
正向动作判据可以写成：
0≤S≤1
式中
Zc—线路波阻抗，单位：欧姆； Z∑—复合波阻抗，单位：欧姆； S∑—复合波导纳，单位：西门子；
波阻抗继电器的反向动作判据
反向动作判据可以写成
S = －1 │S+1│< ε
或者
上述条件满足时判为反向故障（与逻辑），ε 为定值。
三相线路中的波阻抗继电器
2007级电工技术与电力系统新进展
电力系统安全保护技术的发展
董 新 洲
电力系统研究所
讲座内容
1. 概述 2. 输电线路行波测距理论和技术 3. 基于行波的小电流接地系统单相接地选线
理论和技术 4. 高压输电线路行波保护理论和技术 5. 输配电线路无通道保护理论和技术 6. 电力系统安全保护系统 7. 结论
2. 行波测距简史
1948年提出； 50年代末期出现了三种行波测距仪A、B、C三种型号 95年西安交大和淄博科汇公司开发出利用电流行波的 输电线路故障测距装置XC-11，同年底投入试运行； 英国CSD公司F. Gale博士开始了类似的工作，也研 制出产品。 00年电科院也研制出行波测距装置。
交直流混联系统的潮流分析装置和潮流分析方法[发明专利]
![交直流混联系统的潮流分析装置和潮流分析方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bbf80bb7312b3169a551a413.png)
专利名称：交直流混联系统的潮流分析装置和潮流分析方法专利类型：发明专利
发明人：董新洲,王浩男,金勃良
申请号：CN202010307640.2
申请日：20200417
公开号：CN111416358A
公开日：
20200714
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种交直流混联系统的潮流分析装置和潮流分析方法。
其中，装置包括：存储器，存储器存储有计算机程序；处理器，处理器执行计算机程序时执行以下步骤：获取直流输电系统的交流系统电压和换相电抗、整流器的第一触发角、逆变器的第二触发角；根据交流系统电压、换相电抗、第一触发角和第二触发角构建交流等效模型；根据交流等效模型进行潮流计算，得到交直流混联系统的潮流分析结果。
从而将交直流混联系统的潮流分析计算问题转化为纯交流系统的潮流分析计算问题，克服直流系统变量在潮流分析计算中不易解耦的问题，兼顾潮流计算的效率和精度。
申请人：清华大学
地址：100084 北京市海淀区清华园1号
国籍：CN
代理机构：北京友联知识产权代理事务所(普通合伙)
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波阻抗方向继电器的完善方案
波阻抗方向继电器的完善方案Complete Scheme of Surge Inpedance R elay杨钟皓 董新洲(清华大学电机系 100084)Yang Zhonghao Dong Xinzhou (Tsinghua University 100084 China ) 摘要 针对现有波阻抗方向继电器的不足,提出了一种新型行波方向继电器———完善的波阻抗方向继电器原理,它既使用初始行波的幅值信息又使用极性信息,提高了方向判别的可靠性;同时给出了该继电器的小波变换算法,并对该继电器的动作性能进行了详细分析和仿真试验。
试验结果表明所提出的继电器在各种电力系统故障情况下都具有良好的动作性能。
关键词:输电线路 继电保护 行波 波阻抗方向继电器中图分类号:TM773Abstract The paper proposes a travelling -wave -based directional relay ,named as complete surge impedance relay (CSIR ).The new relay is different from existing one and its direction decision reliability of the new relay is greatly enhanced by making use of both amplititude and polarity informa 2tion from initial travelling wave.At the same time ,a wavelet -based algorithm is designed for the re 2lay and simulation test is carried out to investigate the action performance of the relay.All investiga 2tion results show that the proposed relay possesses satisfactory performance under every fault in power transmission system.K eyw ords :Transmission line ,protective relaying ,travelling waves ,surge impedance relay国家自然科学基金重点跟踪项目,国家自然科学基金资助项目(50077011),国家自然科学基金国际合作基金资助项目(50140430686),清华大学基础研究基金资助项目(J C2000021)。
暂态信号发生器
暂态信号发生器
董新洲;葛耀中
【期刊名称】《继电器》
【年(卷),期】1997(025)005
【摘要】论述了研制电力系统暂态信号发生器的发必要性，可行性以及它的原理结构，并实际应用于“输电线路故障测距装置ＸＣ－１１”的调试中，研制成功的暂态信号发生器由８０３１单片机和高速Ｄ／Ａ转换器组成，能够把ＥＭＴＰ计算结果转换成模拟量输出，是调试检验各种继电保护及安全自动装置的有力工具。
【总页数】4页(P38-40,45)
【作者】董新洲;葛耀中
【作者单位】天津大学;西安交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM77
【相关文献】
1.用于行波保护测试的暂态信号发生器关键技术 [J], 董新洲;冯腾;王飞
2.电力系统暂态信号的小波分析方法及其应用(一)小波变换在电力系统暂态信号分析中的应用综述 [J], 何正友;钱清泉
3.电力系统暂态信号的小波分析方法及其应用(二)电力系统暂态信号的小波分析方法探讨 [J], 何正友;戴小文;钱清泉
4.改进WRR算法的变电站高频暂态信号捕获仿真方法 [J], 张新慈;焦涛;万志远
5.基于希尔伯特变换的暂态信号正弦表示分析方法 [J], 罗建;石家炜
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特约主编寄语
第39卷第9期
2019年9月电力自动化设备
Electric Power Automation Equipment Vol.39No.9 Sept.2019
差动电流极性特征的故障全过程纵差保护原理；三峡大学的翁汉琍副教授、华中科技大学的林湘宁教授等针对换流变压器零序差动保护误动现象，提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算
西
华
琍副教授等对换流站桥差保护误动机理开展研究，并提出了一种基于互近似熵算法的桥差保护防误动闭锁新方案；中国矿业大学（北京）的梁营玉副教授等分析了MMC-HVDC对交流线路电流相位
“大型交直流混联电网运行控制与保护”专辑
特约主编寄语
❶
电力自动化设备第39卷
直流输电系统直流故障特性及恢复控制策略研究；西南交通大学的高原、王德林副教授等分析了异步联网下直流频率调制及其参数对送端电网频率的影响；山东理工大学的李桓、彭克副教授等提出了一种基于IIDG 电流相位控制的配电网故障电流抑制方法；华北电力大学的项锦晔、杨明玉副教授及中国电科院的陈得治教授级高级工程师等提出了一种应对特高压环网故障热提出北京混动化设备》编辑部为本专辑的选题、策划、组织和出版所做的大量而细致的工作。
同时，还要感谢本专辑的各位特约评审专家，正是他们求实的科学态度和无私的奉献精神保证了本专辑的高质量出版。
2019年8月26日❷。
行波保护中合闸到故障线路的检测方法
行波保护中合闸到故障线路的检测方法
董杏丽;葛耀中;董新洲
【期刊名称】《中国电机工程学报》
【年(卷),期】2002(22)10
【摘要】断路器的合闸操作会引起输电线路的行波过程,这是影响行波保护可靠性的主要因素之一。
该文对断路器在不同情况下合闸产生的行波进行了详细分析,提出了判断断路器是否重合于故障线路的判据,并利用小波变换的奇异性检测理论加以实现。
这一判据不但解决了行波保护合闸到故障线路时拒动的问题,而且在线路发生永久故障时,可以准确给出故障距离。
大量EMTP仿真证明了这一判据的正确性和可行性。
【总页数】5页(P77-80)
【关键词】行波保护;合闸;故障线路;检测;输电线路;电力系统
【作者】董杏丽;葛耀中;董新洲
【作者单位】西安交通大学电气工程学院;清华大学电机系
【正文语种】中文
【中图分类】TM726;TM773
【相关文献】
1.基于故障行波方向的电缆-架空线混合线路自适应重合闸控制研究 [J], 王毅;陈晓红;彭峰;魏然;曾祥君
2.电缆—架空线混合线路故障行波定位及自适应重合闸控制 [J], 逯怀东;许磊;刘宗
杰;邹亮;李想;曾祥君
3.利用重合闸暂态行波的输电线路故障测距 [J], 陈平;朱瑾;徐丙垠;葛耀中
4.一种考虑不同期合闸的行波合闸保护新方法 [J], 束洪春;孙向飞;司大军
5.超高速保护中合闸于故障线路的识别方法 [J], 段建东;罗四倍;张保会;薛晶因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
特高压输电线继电保护配置方案_二_保护配置方案
第26卷 第24期2002年12月25日 电 力 系 统 自 动 化A utom ati on of E lectric Pow er System s V o l .26 N o.24D ec .25,2002特高压输电线继电保护配置方案(二)保护配置方案贺家李1,李永丽1,李 斌1,郭 征1,董新洲2(1.天津大学电气自动化与能源工程学院,天津市300072)(2.清华大学电机系,北京市100084)摘要:根据特高压输电线结构与运行的特点,讨论了对其继电保护装置和保护配置的基本要求,分析了各种纵联保护原理的优缺点,提出了对特高压输电线主保护、后备保护、失灵保护、并联电抗器保护以及自动重合闸方式选择的建议。
关键词:特高压输电线;电力系统;继电保护中图分类号:TM 773收稿日期:2002207225;修回日期:2002209213。
0 引言特高压输电线的继电保护也是建立在继电保护基本原理之上,是由高压和超高压输电线继电保护技术发展起来的。
但是,由于特高压输电线是联合系统或全国统一电网的骨架,其安全可靠运行对于全系统的安全可靠运行起着决定性的作用,故对其继电保护的性能和可靠性要求极高。
因此,应采取各种可能的措施,提高其动作速度、灵敏度、选择性和可靠性(包括可依赖性和安全性)。
本文论述和分析了国外在解决这些问题时的经验,对我国特高压输电线继电保护配置方案进行探讨,并提出了初步建议和应该研究解决的问题。
1 特高压输电线继电保护配置方案对特高压输电线继电保护配置的基本要求是:在所采用的各个继电保护装置满足“四性”(速动性,灵敏性,选择性,可靠性)要求的基础上,能够实现性能互补、动作协调,使整个保护系统在整体上和更高的水平上满足“四性”要求。
与一般高压和超高压线路相比,各种保护作用要有更高的独立性、更大的冗余度。
保护配置应能保证在任何运行状态(包括两套主保护都退出)下被保护线路上发生任何故障时,都有一套无延时的快速保护,能从线路两端同时快速切除故障,避免发生过电压、系统稳定破坏或设备损坏等事故。
单端电气量组合故障测距方法的适用性分析
单端电气量组合故障测距方法的适用性分析刘琨;董新洲【摘要】为了研究基于测量阻抗法与单端行波法相结合的组合故障测距法的适用性,分析了测量阻抗法测距的误差来源,给出其误差计算公式;同时分析了影响单瑞行波法应用的因素,确定了其适用范围.依据这两种测距法的特点给出了组合故障测距的适用范围,即当故障电阻小于300Ω、测量端故障线路并联数不为1时能保证较高的测距精度.通过仿真验证了测量阻抗法误差分析、单端行波法和组合测距法适用范围研究结果的正确性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2012(025)006【总页数】6页(P9-14)【关键词】单端电气量;故障测距;测量阻抗法;单端行波法;组合法【作者】刘琨;董新洲【作者单位】广东电网电力调度控制中心,广东广州510600;清华大学电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TM764.1对输电线路故障进行准确定位能够大大降低实地寻找故障点的难度，减少故障修复时间，降低因输电线路故障造成的经济损失。
使用工频电气量的故障测距在20世纪中叶就已经出现[1-3]，根据其使用的电气量可以分为单端测距和双端测距。
单端测距虽然在准确性上不如双端测距，但是却能节省大量投资，因此在工程中得到广泛应用。
1982年提出的测量阻抗法作为最稳定可靠的单端电气量测距方法，已经大量应用在各种故障测距装置上[4]。
测量阻抗法鲁棒性强，但是测距的精确度往往不能满足要求[5-6]。
20世纪80年代后，得益于硬件设备和处理器的性能提升，行波理论开始应用于故障测距，单端行波法测距结果精确，但是容易受到干扰[7-8]，产生假结果。
文献[7]提出一种单端电气量组合故障测距方法，使用测量阻抗法划定故障范围，利用单端行波法进行精确测距，大大提高了单端测距方法的准确性和可信性。
组合法是一种非常切合工程实际的方法[9-13]，但是否也组合了两种方法的不足，其适用性尚需进一步研究。
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P-15
课 题 3 大型交直流混联电网故障特性分析与保护
研究目标 考核指标 研究内容及分工
提出交直流混联电网故障分析理论与故障特性分析方法 构筑交直流混联电网继电保护理论体系
动作时间2~3ms，并结合张北柔直工程进行验证 研究内容 故障分析方法 复故障逆变侧交流保护 换流站设备保护 超高速直流线路保护 山东大学 西南交通大学 西安交通大学，许继集团 承担单位 天津大学、西安交通大学
交互 作用
直 流 站 内 控 制
课题4
故障传播过程 再扰动 故障
传播
课题3
故障设备和非故障 设备故障特性分析
交直流混联电 连锁故障预警 主动保护 网连锁故障预 警与主动保护
主动保护装置研制 及其试验
大型交直流混 直流线路保护 交流线路保护 联电网故障特 性分析与保护
快速保护装置研制 及其试验
关键技术：
多LCC\VSC换流器快 速仿真算法 换流器大电网联合仿真 （多速率仿真） 并行计算方法 （软件、硬件）
新理论新算法
时间尺度变换理论 （快信号 — 慢信号） 慢信号模型和大步长 仿真 结合传统小步长和变 换大步长多速率仿真
大型交直流混联电网全电磁暂态仿真软件
P-12
课题分解
交直流混联电网整体动力学特性 科学问题1：动力学特性与控制 故障电压电流 科学问题1 科学问题2：故障分析与保护 科学问题2 时域解析表达
建立全电磁暂态降阶模型 提出全电磁暂态仿真方法 开发全电磁暂态仿真软件
仿真规模不少于24 座直流换流站、5000 个交流节点 研究内容 建模理论研究 仿真方法研究 承担单位 中国电力科学研究院、全球能源互 联网研究院、合肥工业大学 中国电力科学研究院、上海交通大 学、东北电力大学 中国电力科学研究院
• 边界特征 • 时频信息综合 • 交互影响及配合
主动保护装置研 制及其试验
快速保护装置研 制及其试验
P-11
四、技术路线
大型交直流混联电网全电磁暂态建模与仿真
模型拓展
传统设备模型选择 （发电机、线路） MMC详细建模与降阶 （详细 — 平均值模型） 新能源建模、聚类 （单体模型 — 聚类模型）
算法组合
P-10
四、技术路线
• •
拓扑改变 电源变化
故障电压电流时 域解析表达
• •
等效建模 场、路；行波、暂态
• 连锁事件
时间、空间
故障传播过程 再扰动
故障设备和非故障设 备故障特性分析
• 快速控制参与 • 故障特征快速改变
• 连锁故障条件 • 分区信息关联 • 在线增容技术
连锁故障预警 主动保护
直流线路保护 交流线路保护
d 2 J 2 = Pm - Pe dt
n d 21 J1 2 Pm1 Pe1 Pi dt i 1
直流系统在潮流转移中未发挥积极作用； 直流参与稳定控制作用有限； 强直弱交现象日渐突出，不控、失控的 后果严重。
n d 2 2 J 2 2 Pm2 Pe2 PDCi dt i 1
2
故障特征演 化机理与保 护技术
1. 交/直流系统故障后电网故障特性及演化机理 2. 保护原理及交直流保护协调配合策略 3. 基于故障传播过程的预警和主动保护理论、方法和验证
设备保护 主动保护
3
全电磁暂态 建模仿真
1. 多换流站之间及其与互联交流电网动态作用机理 2. 交直流混联电网多时间尺度建模、仿真方法及验证
保护
仿真
容量：1000节点8回直流 国内：无满足需要的全电磁暂态真 方法
P-7
二、研究目标与考核指标
提出 实现 形成 1. 交直流混联电网协同控制方式与系统稳定控制方法 2. 强适用性故障分析方法、快速保护及主动保护方法 多时间尺度全电磁暂态仿真 大型交直流混联电网安全运行的理论支撑体系
研究目标 考核指标
协同控制达到ms级响应速度并结合张北柔直工程进行验证 研究内容 换流站控制 直流参与运行控制 直流参与稳定控制 自适应解列控制 承担单位 中国电科院、南瑞集团 华北电力大学、东北电力大学 中国电科院、华北电力大学 清华大学、南瑞集团
课题牵头单位
清华大学是教育部直属重点大学，电气工程国家一级重点学科。 在电力系统稳定控制理论、柔直输电技术、调度自动化技术、行波 保护等领域居国际领先地位。
实施有效电网控制面临的困难
时空跨度大； 状态、目标、约束、存在交互影响； 不同控制间存在耦合、冲突的可能。
交直流混联系统大时空 尺度多维度耦合动力学 特性分析与控制
P-4
一、问题的提出
混联电网安全运行所面临的挑战二
混联电网故障特性变化冲击了继电保护的构成基础
故障不可避免，保护不可或缺； 拓扑和电源结构变化，故障分析方法和电气量不同于传统电网； 交流逆功率保护、直流线路保护不正确动作； 连锁性故障频发。
n d 21 J1 2 Pm1 Pe1 PDCi dt i 1
对电网传输功率 PDCi 进行控制； 直流系统在潮流转移中未发挥积极作用； 直流参与稳定控制作用有限； 强直弱交现象日渐突出，不控、失控的 后果严重。
n d 2 2 J 2 2 Pm2 Pe2 PDCi dt i 1
需要仿真技术，揭示交直流混联大电网运行规律与特点； 机电暂态不能准确仿真； 电磁暂态仿真规模有限，不适于大电网。
大型交直流混联电网建模仿真面临的困难
多时间尺度、刚性特征突出 准确性、稳定性、效率无法保证
交直流混联系统的建 模和仿真技术
P-6
一、问题的提出
控制
国外：有含单条LCC的稳定控制； 无多目标协同控制； 国内：同国外。 国外：有直流暂态量保护、误动 无防连锁故障保护； 国内：暂态量保护深入、成熟； 开始防连锁故障保护研究。 国外：有多种模型与仿真方法，
构建适合于交直流混联电网保护系统所面临的困难
故障特征在时、空域呈非线性分布； 快速控制改变交流设备的故障特征； 传统直流（LCC）、柔性直流（VSC） 线路故障特征迥异。
交直流混联系统非 线性时空分布特性 故障分析与保护
P-5
一、问题的提出
混联电网安全运行所面临的挑战三
传统建模仿真技术不能满足大型交直流混联电网仿真要求
主动保护及预警 研究内容 故障传播及演化 连锁故障预警及抑制 主动保护研究 广域保护系统研究 清华大学 华北电力大学，中国电力科学 研究院 重庆大学 华北电力大学，华中科技大学 承担单位
课题牵头单位
西安交通大学是教育部直属重点大学，电气工程国家一级重点 学科。在电力系统规划、电力系统控制，特别在暂态保护研究领域 成果卓著。
P-16
课 题 4 交直流混联电网连锁故障预警与主动保护
研究目标 考核指标 研究内容及分工
揭示故障传播与演化机理 提出故障预警理论 提出防止连锁故障蔓延的主动保护方法
1. 全电磁暂态仿真：24个换流站、5000节点以上 2. 混联电网协调控制方法与系统稳定控制方法：ms级响应速度 3. 直流线路超高速保护动作时间：ms级动作时间
P-8
三、研究内容
1
多换流站协 同控制技术
运行控制 稳定控制 恢复控制 含源特性
1. 多换流站快速潮流控制及其与交流电网协同控制方式 2. 考虑多回直流场景下系统稳定控制方法、恢复控制方法 3. 含高密度分布式发电交直流电网稳定分析与自愈控制方法 4. 高比例新能源发电次同步振荡机理（超指南） 5. 对所提方法进行验证
2、脆弱性
电力电子器件抗过流能力差，易换相失败
甚至多回直流同时换相失败、多回闭锁并影响送端电网； 造成大面积潮流转移和电压波动，导致电网振荡解列。
P-3
一、问题的提出
混联电网安全运行所面临的挑战一
需要有效、快速的电网控制方法
混联电网动力学特性由电源、 负荷、电网三者共同决定
d 2 J 2 = Pm - Pe dt
直流 占比最高
直流占比已达34% 2020年新增16条、柔直
大型交直流 混联电网
电压 等级最高
交流 1000千伏 直流±800千伏