基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法

分布式电源(distributed generation,DG)大量接入使配电网继电保护面临严峻挑战。单相接地故障发生概率大,但故障信息十分微弱,特别是在DG多样化故障输出特性的影响下,有源配电网单相故障定位的准确性常难以保证。为此,提出了一种基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法。分析了配电网单相接地故障下DG的输出特性,建立了在不同故障位置下有源配电网的正序增广网络,构建了故障位置关于馈线出口以及DG输出电流的函数,建立了配电网单相接地故障位置模型,利用不同故障位置下短路电流矢量占比系数的差异性构建了新的故障定位判据。通过将单相接地故障定位问题转化为故障位置模型系数的求解问题,提高了故障定位的准确性和实用性。理论和仿真分析表明,在不同故障位置、不同过渡电阻下均能准确定位单相接地故障,具有原理清晰、故障特征量采集便捷、灵敏性和可靠性高的优点。

基于储能参与的电网连锁跳闸主动防控方法

新型电力系统中系统惯性降低及触发连锁跳闸风险因素的增多,使得防范连锁跳闸的重要性愈发凸显。针对这一问题,提出一种融合储能的电网连锁跳闸抑制方法。利用储能的快速响应特性,在潮流转移初期即投入储能调控电网潮流,可快速抑制导线温升,为后续水火电机组及其他慢速响应的备用电源参与调控赢得时间。文中提出了基于网络动态最大电气介数、风险扫描和需量计算的“三要素法”储能配置决策方法,包括构建反映网络薄弱环节和时变风险的连锁跳闸防控预案,解决了连锁跳闸抑制的储能资源时空选择问题;基于输电线路动态热特性,提出了储能与水火电协同调控时的储能功率和容量计算方法,确定了防范连锁跳闸所需要的储能资源规模。针对IEEE 30节点网络给出了N-1和N-2故障计算案例,验证了所提方法的有效性。

基于变流器并网的新能源外送系统功率传输能力评估

光伏、风电等清洁能源广泛采用并网变流器接入电网,评估变流器并网新能源外送系统的功率传输能力,对于保证电网正常及紧急运行工况下的清洁能源持续、稳定外送具有重要意义。该文首先分析无功补偿前后变流器并网系统的功率传输特性,掌握变流器并网系统的安全稳定传输边界。接着,对新能源外送通道开展动态热容量评估,挖掘传输通道潜在传输能力以促进清洁能源消纳。然后,统筹考虑保证并网系统及外送通道安全稳定运行的各类型约束,确定新能源最大外送能力。最后,对算例测试系统中的新能源场站开展最大外送能力评估,算例研究表明:配合无功补偿并同时利用设备动态热容量,可以提升新能源外送能力;不同电网连接强度和运行工况下,限制清洁能源外送能力的主导因素不同,需依据主导因素确定外送功率,才能确保电网的安全稳定运行。

极端气象灾害下考虑MESS主动调控的配电网故障恢复策略

针对极端灾害天气下配电网的故障恢复问题,计及极端灾害的时空演变特性,提出了一种利用移动储能(mobile energy storage system,MESS)的灵活性主动参与抑制合环冲击电流,辅助配电网故障恢复的策略。首先,建立了暴风雨等不同气象灾害条件下配电线路的故障率统计模型。其次,将复杂交通网与配电网进行耦合,建立了以最小化MESS调度时空成本的上层预布局模型。然后,分析了MESS出力对冲击电流的影响,以抑制合环冲击电流、最大化负荷恢复率和最小化MESS调度成本为目标,构建了MESS参与网络重构的下层调度模型。最后,在改进的IEEE 123节点系统中进行测试,验证了MESS对配网故障恢复安全性的提升效果。结果表明,采用MESS主动参与调控能够有效应对移动的极端气象灾害引发的配电网动态故障恢复问题,并抑制合解环过程中电流的波动,提升网络重构方案的可行性和增强配电网的韧性。

电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法

电容式电压互感器(CVT)在输入电压信号发生突变时,其输出不能很快地跟随一次电压的变化而形成暂态误差。文中提出了应用CVT模型消除这一误差的数字校正方法。该方法利用改进欧拉法解代表CVT模型的一阶微分方程组,计算量小;还利用了叠加原理解决了算法的初值求解问题。数字仿真结果证明了该方法的有效性。利用该方法可为反应暂态原理的电力系统快速保护和测距装置提供准确的电压信号。

考虑台风时空特性的海上风电场群协同紧急防御策略

极端天气发生率逐年升高,威胁电网安全稳定运行。为解决极端天气历史数据抽样建模存在局限性、极端天气预测不准确和电网应对自然灾害防御吸收能力不足等问题,提出一种考虑台风时空特性的海上风电场群协同紧急防御策略。首先,基于Batts梯度风模型分析台风时空特性与影响机理,量化台风物理信息与海上风电场出力间的耦合关系。然后,以偏差考核区间内的紧急防御成本最小为目标函数,提出了考虑台风时空特性的海上风电集群多时间尺度两阶段随机优化模型。模型第一阶段基于台风预报信息定制出包含常规机组备用出力、抽蓄机组启停计划、储能电站出力、计划弃风/切负荷量的防御资源预调度策略,第二阶段将台风预报的不确定性纳入决策过程中,基于灵活分布式资源制定紧急防御调整策略。最后,通过算例验证了所提紧急防御策略的有效性与经济性。

多气象因素组合的输电线路风险分析

气象因素对输电线路故障率及电网可靠性有着重要影响,鉴于气象因素的多变性及复杂性,该文建立了计及不同气象等级和不同气象因素的输电线路故障率模型,提出一种基于灰色模糊理论的多气象因素组合的输电线路风险分析方法。该方法将8种气象条件作为评判因素,建立了包含4个评判等级的输电线路风险等级评判体系。通过三角隶属度函数来描述评判因素与风险等级间的模糊关系,并引入点灰度来描述模糊关系的不可信程度。在此基础上进行灰色模糊综合评判,得到了更贴近实际的评判结果,为输电线路风险预警及维修决策提供依据。最后以某供电局为例进行风险分析,验证了该方法的有效性。

继电保护隐藏故障造成输电线路连锁跳闸的概率模型

继电保护隐藏故障是造成输电线路连锁跳闸的主要原因。通过分析继电保护装置隐藏故障的动作机理,定义了隐藏故障的风险区域,并利用保护装置隐藏故障概率和风险区域故障概率的计算,建立了输电线路连锁跳闸的概率模型。该模型计入了多条输电线路具有不同故障概率对触发继电保护装置隐藏故障的影响,可以评估继电保护系统因隐藏故障造成连锁误切线路的概率。最后,利用实际数据进行的算例分析验证了模型的合理性,计算结果对电力系统可靠性分析及连锁故障风险评估具有参考价值。

基于多元暂态特征故障度的配电网单相接地选线方法

针对配电网发生单相接地故障时电流较弱、故障条件复杂、现有的故障检测技术性能不可靠的问题,提出一种利用基频移频的多元暂态特征故障度配电网单相接地选线方法。为了保留暂态特征的全景性,去除暂态零序电流中的基频分量,采用希尔伯特变换对暂态零序电流解析信号进行计算。之后,引入位移因子去除基频,保留所有的瞬态特征,并计算了3种典型瞬态特征指标。最后,采用Copula计算瞬态特征随机变量的联合分布密度函数并计算各线路的故障度,选择故障程度最大的馈线作为故障馈线。建立不同故障条件下的径向配电网样本模型、电弧故障模型以及风机和光伏模型的IEEE 34节点测试系统,验证了所提方法的有效性。

时空环境相依的电网故障模型及在电网可靠性评估中的应用

传统的电网可靠性评估采用固定不变的元件年均故障率模型,难以适应电力系统短期风险评估需求。电网故障与灾害性天气具有较强的时间相关性,气象灾害具有明显的季节性特征,因此电网风险也具有时间波动性。在描述电网元件故障参数时,需要从原来的一维横向连续时间下的年均值模型,拓展到考虑历史同期(纵向)时间和导致故障的因素,特别是外部气象环境因素,以便更准确地描述时间及环境相依的电网故障率。在传统年均值模型的基础上建立了不同时间尺度、不同气象灾害类型下的元件故障模型,并依据此模型进行电网可靠性评估。按照该方法对西南某省级电网近3年内500 k V输电线路的故障数据进行了分析,对该电网的可靠性进行了评估。计算结果表明,不同时间段电网的可靠性指标与年均值相比具有较大差异,验证了时空环境相依的可靠性评估的必要性。

基于小波变换的数字化变电站电子式互感器突变性故障诊断方法

目前对电子式互感器运行状态识别的研究开展较少,缺乏有效手段对其进行在线监测和故障诊断。通过分析电力一次系统电气量变化特点,提出了基于小波理论的电子式互感器诊断方法。通过多尺度模极大值综合处理方法定位信号的突变时刻,将处理后的各互感器信号的突变时刻进行比较,根据所提判据来区分异常信号是来自互感器自身故障,还是来自一次系统的信号突变。Matlab仿真验证了该方法能准确定位信号突变时刻,有效识别互感器的异常状态。

MMC低开关频率的自适应降损控制策略

针对半桥型模块化多电平换流器(MMC),本文提出了一种低开关频率的自适应降损策略,解决了最近电平逼近调制(NLM)策略和基于排序算法的电容均压控制策略导致的换流阀功率器件开关损耗较高的问题。首先,分析了MMC内部悬浮电容均压效果与其开关频率间的制约关系,明确实际工程应用对子模块电容电压均衡性的要求,为后续低开关频率的自适应降损控制策略提供理论依据。其次,基于所设置子模块电容电压动态限值、流经子模块的电流方向以及子模块工作状态,确定每个周期内子模块投入优先级,从而减少非必要的子模块附加投切动作,降低子模块开关频率。然后,利用线性插值方法,实现不同系统传输功率下子模块电容电压动态限值的自适应调整,进一步降低子模块开关频率。最后,基于在Matlab搭建的MMC仿真模型,验证了本文所提方法。

计及不同保护配置方案的继电保护系统可靠性

微机保护装置的硬件可靠性已得到了很大提高,不同保护原理及配置方式已成为影响可靠性的主要因素。目前尚缺乏相应的可靠性模型,为此提出了一种新的计及不同保护配置模式的保护系统可靠性评估模型。基于马尔可夫方法,考虑2种故障模式即误动和拒动状态,推导出可以评估不同保护配置方案的可靠性模型,可计算保护系统误动和拒动的概率,为完善电网风险分析及可靠性评估方法提供了可用数学方法。算例证明了所提出方法的正确性。

快速后备保护研究

电力系统继电保护中后备保护按阶梯形配置整定 ,必然带来主干电网和发电厂后备保护动作时间太长、影响电网安全的问题。提出建立一种新的快速后备保护系统的思想 ,描述了变电站快速后备保护系统的结构和运行原理 ,建立了动作逻辑方程式。采用文中所述方法 ,变电站后备保护动作时间将小于 1 s。

继电保护系统正确切除故障的概率模型

根据继电保护装置的动作逻辑,利用Markov状态空间的理论,提出了计算继电保护系统正确切除故障的概率模型。该模型计及了主保护和后备保护的作用,可以评估不同保护配置情况下的可靠性,能够真实地体现保护系统正确切除故障的概率。利用实际统计数据进行的算例分析验证了模型的合理性,计算结果对电力系统可靠性分析及风险评估具有参考价值。

计及负荷频率特性的低频减载方案研究

低频减载是电力系统抑制频率下降、维持系统频率稳定的有效方法。该文针对目前低频减载方案中忽略了负荷频率特性的不足,提出了一种新的计及负荷频率特性的低频减载方案,该方案充分利用了频率下降时,负荷自身吸收的功率也下降的特点,优先切除频率调节系数小的线路,此举有利于系统频率的快速恢复和系统稳定,文中对方案的实现进行了详细的介绍,并采用单机系统进行了数字仿真,仿真结果验证了该方案的合理性。

考虑降雨修正的干字型耐张塔跳线风偏放电在线预警方法

近年来,输电线路屡次发生风偏放电事故,已严重影响到电力系统的安全可靠运行。由于防风偏措施代价昂贵、实施困难等因素,导致风偏放电事故难以避免。因此从运行角度出发提出一种基于气象信息的耐张塔风偏放电的在线预警方法。针对较常见、易发生风偏放电的干字型耐张塔,结合精细化气象预报信息,计算悬垂绝缘子串的风偏角,然后通过引入杆塔的二维笛卡尔坐标系得到中相跳线以及边相跳线与杆塔最小间隙的解析计算式,再与规程规定的允许最小间隙进行比较,得到预警结果。考虑到降雨会使间隙放电电压降低,引入降雨影响系数来修正规定的允许最小间隙以使预警更加准确。最后,通过实例分析验证了该方法的可行性和精确性。

基于接地电流谐波特征的CT二次回路中性线接地故障辨识

针对CT二次回路中性线发生接地故障,CT中性点接地电流幅值小难以识别中性线上的接地故障,发生区外故障时易诱发保护误动作的问题,提出利用CT中性点接地电流奇次谐波和偶次谐波的相对大小识别的中性线接地故障判据。在小电流、高噪声工况下,利用VMD-Prony算法通过VIMF模态分解和熵值排序,滤除中性点接地电流的高频噪声信号,并对低噪分量进行Savitzky-Gloay平滑,然后重构VIMF分量得到降噪信号,最后利用Prony算法获取谐波分量,用于中性点接地故障判别。现场测试数据和仿真数据验证结果表明,该判别方法具有可行性。

基于参数辨识的变压器微机保护

建立了变压器的线性模型，该模型无需涉及变压器铁心的非线性关系和磁滞效应。进而依据变压器在正常运行、励磁涌流以及外部故障时结构及某些参数不变，而内部故障时结构及参数会改变的原理，提出了一种基于变压器参数辨识的变压器保护方法，该方法无需鉴别励磁涌流。经仿真计算验证，该方法能有效地区分内部故障和励磁涌流、外部故障及正常运行状态。

基于广义变比辨识的继电保护电流测量回路故障诊断方法

基于电流原理的继电保护是电力系统应用最广泛的保护设备。对于母线保护、站域保护以及广域电流保护而言,当电流测量回路异常时容易引发保护误动或拒动,其后果将造成区域性大面积停电,是电力系统应极力预防的高风险事件。有必要采取在线监测措施对电流测量回路本身的完好性进行检测以确保此类保护的正确动作。为此定义了广义变比,提出通过广义变比在线辨识监测保护电流测量回路的异常或故障的新方法。该法根据基尔霍夫电流定律建立广义变比的辨识矩阵,并采用奇异值分解法进行求解,将计算结果与该回路标准变比进行比较,即可及时发现电流测量回路是否出现异常。仿真分析验证了所提方法的有效性。