基于光纤漏磁场测量的变压器磁平衡保护研究

针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障,传统的保护方案一般难以进行有效的诊断,根据变压器绕组漏磁场变化可以灵敏地检测出绕组的早期故障,但缺乏适用于工程应用的绕组漏磁场分析的解析方法和在线测量方案。针对这些问题,该文计算了简化模型下的变压器绕组漏磁场分布,通过测量绕组上、下表面和中部的漏磁感应强度,提出故障分量磁平衡保护的整定方法和判别逻辑。最后,建立了Ansys的仿真模型和动模实验模型,验证了保护方案具有不受负荷变化及不受励磁涌流的影响,并且区内故障检测灵敏度高的优点。

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。

基于多源数据交互的高渗透率主动配电网保护策略

主动配电网中分布式电源渗透率逐步提高情况下,由于传统过电流保护的整定值预先设定,使得灵敏度降低,保护配合出现困难。为此,首先分析故障下不同类型分布式电源控制策略特点,并研究分布式电源出力、控制方式、并网点电压与故障电流之间的关系;然后,根据故障电流与电压的关系,在对主动配电网运行信息的多源数据融合方式进行研究后,提出在线自适应整定的电流保护策略;对分布式电源并网点增多且渗透率进一步提高下,改进后保护的灵敏度降低问题,利用采集的电压信息、节点导纳信息进行故障电流匹配计算以实现故障区段搜寻,为识别并切除线路故障提供依据;最后,通过PSCAD/EMTDC仿真结合MATLAB编程验证方案的有效性。

基于数字孪生虚拟漏磁场波形的变压器早期故障保护研究

针对传统变压器差动保护无法反应内部早期故障的不足,该文提出基于非理想绕组变压器数字孪生模型的早期故障保护方案。考虑工程应用中变压器的非理想结构,利用叠加法和分离变量算法,求解绕组空间漏磁场,并建立与实际非理想变压器一致的电路-漏磁场多状态数字孪生模型。以实际变压器等效漏磁通波形与数字孪生变压器模型虚拟波形之间差异作为故障特征量,提出早期故障的保护判据,能识别出1%以下的匝间短路和轻微绕组变形。最后,利用动模试验和仿真分析验证了所提方案的正确性。

基于改进过压限制器和ACDTS的混联半波长系统故障保护策略

交直流混联半波长输电系统的暂态特性与常规的混联系统存在着很大差异。当混联系统半波长沿线发生不对称故障时,直流系统会受到沿线工频过电压和过电流的冲击。文章详细分析了混联系统半波长沿线故障的传播过程,研究了故障传播耦合机理。针对直流侧过电压问题,提出了在直流母线侧加装改进过压限制器,增设辅助限压通道,分级抑制直流侧过电压,并降低单个通道的电流值,提高了系统保护的限压水平;另一方面,对于直流侧过电流问题,提出了在换流站接口端并联接入双向晶闸管,实现交流系统等效三相短接,隔离交流侧母线馈入的故障过电流,确保换流站设备及线路的安全性。最后利用仿真验证了两种保护策略的可行性。

双碳与新型电力系统背景下半波长可控调谐技术研究

面向“碳达峰、碳中和”目标,发展半波长输电技术可为构建以新能源为主体的新型电力系统提供能源保障。半波长技术因其输电距离远、经济性好等独特优势,在“西电东送”能源战略中有较好的应用前景。针对输电线路自然长度不足工频半波长现象以及固定调谐的不足,文章提出一种变阻抗型可控调谐方法,基于可控串补(thyristor controlled series compensator,TCSC)阻抗控制策略构造可微调的调谐电感,基于电容三级投切策略构造可分级的调谐电容。对可控调谐可行性、故障过电压特征以及串补过压抑制进行仿真分析。结果表明,可控调谐能够消除电气长度误差,使线路保持半波长特性,线路补偿效果与可控调谐长度相关。

新型电力系统下低压直流配网的接地故障保护方法

电力系统低碳转型,构建安全高效和灵活可靠的配电网为基础的新型电力系统将对我国“碳达峰、碳中和”目标的实现起到关键作用。文中以低压直流(low voltage direct current,LVDC)配网系统为研究对象,针对配电网低压侧的接地故障问题,提出了一种采用IGBT构造投切旁路的人体保护方法。文中建立接地故障等效模型并进行理论分析,通过故障阈值识别判据产生保护人体的投切旁路信号,并对不同类型的接地故障进行区分,考虑多支路故障情况对旁路投切保护判据的影响,将故障值范围进行划分,进一步提出了旁路投切的分级保护方案,搭建实物模型对保护方法进行验证。实验结果表明所提保护方法能保护人体安全,具有灵敏性好,安全可控的优点,能显著提高配网系统的运行稳定性。

基于参数辨识的变压器绕组变形在线监测方法

变压器绕组变形导致的内部匝间故障已经上升至事故率的首位,对电网安全性危害极大。为此,提出一种变压器绕组变形在线监测工程方法。利用以傅里叶为理论基础的动态向量模型,在保持高精度的条件下简化变压器电磁暂态模型,并讨论不同运行状态下模型参数辨识解的个数。当变压器空载合闸时辨识出绕组电阻参数,在变压器稳态运行时利用已辨识出的电阻参数修改参数辨识模型,并辨识漏感参数。利用绕组变形与漏电感参数之间的关系,实现对变压器绕组变形在监测。建立了变压器绕组变形的仿真模型,使用有限元方法计算变压器绕组变形的短路电感值,验证了变压器绕组在线监测方法的有效性。

特高压变压器模型漏感参数的稳态识别方法

针对变压器参数辨识算法在系统稳态运行时变压器绕组参数具有不可辨识性的特殊问题,本文提出了全新的参数辨识算法模型和基于自相关函数统计量的参数辨识结果判别标准。并使用EMTP仿真工具,依据动模实验室特高压输电系统,搭建了特高压输电系统仿真模型,分别仿真了特高压变压器空载投入、区外故障、区内故障和正常运行时的各种运行状态,验证了在各种工况下,基于新模型的参数辨识算法都能够精确辨识出变压器绕组参数的真实值。

基于回路平衡方程和励磁电感的特高压变压器保护

谐波制动原理的变压器差动保护受谐波影响大,动作时间过长,难以满足特高压变压器保护的需求,针对此问题,提出了基于T型等效电路的特高压变压器保护方案。建立变压器T型等效电路模型,该模型不受变压器运行状态的影响,其参数能够唯一确定,并提出基于变压器等值回路平衡方程判据和等效励磁电感判据的保护方案。使用Matlab仿真工具,依据中国第一条特高压输电线路的系统参数搭建了特高压输电模型,分别仿真了特高压变压器空载投入、区外故障、区内故障和正常运行的各种工况,验证了所提出的保护方案在特高压输电系统中运用的可行性。该保护方案不受励磁涌流的影响、动作速度快、灵敏度高。

基于支持向量机和有限元分析的变压器绕组变形分类方法

电力变压器绕组变形导致内部匝间故障的事故率已升至首位,成为影响变压器安全稳定运行的重要因素。变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏磁场发生变化,进而引起漏感参数发生变化。该文根据这一基本特征,研究绕组参数和变形程度之间的关系,利用有限元模型计算变压器的磁场能量和电感参数,采用工程计算法对该模型的正确性进行校验,继而提出利用支持向量机模型对绕组变形进行分类,并通过优化的网格搜索法对参数进行优化。仿真结果表明,所提方法具有较高的分类准确度,适用于变压器绕组变形的在线监测。

基于小矢量技术的快速差动电流速断保护

针对电流互感器饱和对差动电流速断保护元件造成影响的问题,提出了一种基于小矢量算法的快速差动电流速断保护方案,该保护方案能快速完成故障检测。研究了1/4周期数据窗的小矢量算法实部、虚部与全周期傅里叶算法实部、虚部的线性关系,推导出了2种算法的线性关系矩阵。研究了小矢量算法的幅频特性,提出快速差动电流速断保护的实现方案,通过静态模拟测试和动态模拟试验验证了该算法和保护方案的可行性。

变压器保护两种转角方式的比较

对变压器保护中的Δ→Y和Y→Δ两种补偿方式进行了研究。通过理论推导得出了两种补偿方式的算法公式。针对两种转角方法,在变压器保护中对于涌流的识别是否可以采用按相闭锁(单相闭锁单相)方案,用EMTP建模进行了大量的仿真分析。理论和仿真分析的结果证明了两种转角方式在涌流识别中的相似性。

基于变压器绕组电路-漏磁场多状态解析模型的早期故障保护

针对变压器绕组变形、轻微匝间故障等早期故障现有的保护方案难以有效的保护,该文提出了一种以漏磁场为特征量的变压器早期故障诊断方法。根据三相三柱式变压器的结构特征建立漏磁场分布模型,结合变压器状态空间方程,建立起与物理变压器保持一致的电路–漏磁场多状态解析模型。利用物理实体与多状态解析模型之间漏磁特征的差异性,可以不受励磁涌流的影响,快速、灵敏的识别复杂工况时发生的轻微匝间短路和轴向绕组变形,并能够确定故障位置。

基于多源数据融合的Alexnet神经网络大电网故障诊断

针对电网在台风、冰冻等极端条件下发生故障的诊断问题,提出利用标准遥信及广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)数据训练Alexnet模型,并应用于电网故障诊断的方案。首先利用标准故障遥信信息和WAMS数据构造Alexnet的输入图片矩阵,对Alexnet进行训练。然后对Alexnet输入图片高维特征提取方法进行分析,提出构造最优分布结构的输入图片矩阵方法,并形成故障诊断模型。最后以海南岛电网遭受台风袭击为场景,搭建仿真模型对Alexnet故障诊断模型进行验证。

故障分量比率差动对变压器轻微故障检测的研究

文章将故障分量的比率差动保护与传统比率差动保护在检测变压器内部轻微故障,如匝间短路、高阻接地短路动作灵敏度方面作了一些比较,用EMTP建立了变压器匝间短路和高阻接地的模型,并在模型的基础上进行了仿真验证,充分说明了故障分量比率差动保护在性能上的优越性。

基于数字孪生模型电流动态时间规整差异度的变压器早期故障辨识

现有的早期故障辨识方法对于程度较为轻微的故障灵敏度低,且辨识方法多为离线检测。结合数字孪生技术建立了三相三柱式变压器内部无故障的孪生模型,基于动态时间规整算法提出新的故障特征量,提出早期故障保护方案。首先,利用实体设备的结构参数与实时的电气量,建立不同运行工况下的状态空间模型。然后,通过实际数据对孪生模型进行修正,使虚拟世界与物理世界实现同步,综合使用离散迭代法和Z变换法求解模型。其次,利用动态时间规整算法量化预测量与实测量的差异,以此作为故障特征量,并设计新型的故障保护方案,提高故障辨识的灵敏度。最后以三相三柱式变压器为例,通过ANSYS仿真和动模实验验证了所建模型的正确性,通过多次实验结果证实所提故障判据的有效性。

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。

采样值差动保护安全性及灵敏度的研究

对采用模值和制动方式的采样值差动保护的安全性及灵敏度进行研究。从相量值差动保护区内故障的最严酷条件出发,对采样值差动保护的差流门槛值和比率制动系数的灵敏度进行了分析,得出采样值差动保护在区外故障时可靠不动、区内故障时可靠动作,输入信号量在半个工频周期内满足动作判据的角度范围是90°～121°。建立了变压器匝间故障的简化仿真模型,针对变压器空投、轻微故障和区外故障工况,对采样值差动保护进行了仿真分析,验证了上述结论。所确定的S值,既能保证变压器空载合闸时保护的安全性,也能保证空投于变压器内部匝间故障时,保护有较高的灵敏度。

基于粒子群优化算法的变压器参数辨识

基于模型的变压器保护原理需要对变压器绕组参数进行精确辨识.利用双绕组变压器的参数辨识方程,使用粒子群优化算法,提出了新的参数辨识算法.消除了最小二乘法计算速度慢、计算量大的局限性,可以实现对变压器绕组参数的在线精确辨识.通过Matlab/Simulink对算法进行仿真,结果表明,该算法能够正确辨识变压器绕组电阻和漏感参数,具有较好的应用前景.