中性点柔性接地配电网故障相恢复电压暂态时域特征分析

配电网接地故障过零熄弧后的电压暂态恢复特性决定了系统过电压水平及电弧重燃特性,目前,中性点柔性接地配电网故障熄弧后暂态恢复电压变化机理尚不明确,为此建立柔性接地配电网接地故障暂态等值电路,理论解析故障过零熄弧后故障恢复电压的时域表达式。在此基础上,对比分析配电网谐振接地与柔性接地方式下,系统参数变化对故障相恢复电压暂态峰值与恢复速度的影响,揭示暂态时间尺度下故障相恢复电压特征随注入零序电流值与电流注入时机的变化规律,阐明通过中性点注入可控零序电流抑制故障暂态过电压的机理。在PSCAD/EMTDC仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,仿真与真型实验结果均验证柔性接地配电网故障相恢复电压时域解析特征与变化规律的正确性。

配电网中性点柔性接地装置四象限运行机理与控制方法

针对现有配电网柔性接地装置在进行接地故障处置时,易因网侧能量倒灌而导致直流侧电压失稳,甚至直流电容击穿的问题,分析注入电流与中性点电压间相角差随系统参数的变化规律,揭示系统参数变化对柔性接地装置输出有功功率、能量流向的影响机理,阐明造成系统能量倒灌的内在原因。在此基础上,提出一种具备四象限运行功能的柔性接地装置拓扑结构,在整流侧采用电压型三相半桥可控整流拓扑,并经配电变压器接入电网,能够维持能量在装置内双向流通,提升直流侧电压稳定性,同时实现直流侧供电自给。进一步提出基于四象限运行柔性接地装置的多目标复合控制方法,通过dq旋转坐标系下整流双环控制实现装置整流网侧单位功率因数运行及直流侧电压稳定,并由逆变侧控制对中性点电压进行快速精准调控。在PSIM(power simulation)仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,对所提装置运行机理和控制方法进行验证,仿真与实验结果表明四象限运行柔性接地装置能有效解决现有柔性接地装置在网侧能量倒灌条件下直流侧电压失稳的问题,提升装置的运行和调控性能,实现接地故障快速安全可靠处置。

石墨基柔性接地材料在光伏电站中的设计与应用

对石墨基柔性接地材料在光伏电站接地系统中的设计与应用进行了相关研究,并对光伏电站接地系统应用传统接地材料的局限性进行了探讨。分析了石墨基柔性接地材料的特点,根据其特点对石墨基柔性接地材料的应用范围进行了总结。以50 MW光伏电站接地系统为例,对其使用传统接地材料和石墨基柔性材料在经济性和用料量等方面进行了对比分析,结果表明石墨基柔性接地材料优于传统接地材料。提出一种石墨基柔性接地材料在光伏电站接地系统中应用的方案,并通过CDEGS软件对该设计方案进行了验证,仿真结果表明了设计方案的可行性。根据研究结果得出了石墨基柔性接地材料相较于传统材料在可靠性和经济性上都具有更好的优势,能应用于光伏电站接地系统。

一种强通流防雷石墨基柔性接地新材料性能研究

针对现有电力系统接地领域金属接地材料存在不足的问题,提出了一种新型的强通流柔性石墨复合接地材料,作为替代金属接地材料的优选方案。本文介绍了一种新型的石墨基柔性接地材料,该材料具有强通流能力、耐腐蚀性和热稳定性,适用于复杂土壤环境下的接地工程。通过试验和仿真,对比了该材料与传统钢材类接地材料在耐腐蚀性、短时高频电流耐受性等方面的性能差异。结果表明,该材料的耐腐蚀性能优于钢材类材料,预期使用寿命超过30年;其与土壤的接触性能也优于钢材类材料,有利于提高输电线路的防雷水平。

光伏升压站柔性接地技术降阻方案设计

经对高土壤电阻率项目各类降阻措施进行汇总研究,发现采用外延法、深井法、降阻材料换填、离子接地极法等常规降阻措施,存在施工困难、效果不明显、维持周期短的问题。为解决上述问题,文章提出采取柔性接地技术降阻方案,通过实际应用得出,该降阻方案可合理有效满足接地电阻的要求,达到保证人员、设备安全的目的。

基于配电网柔性接地控制的故障消弧与馈线保护新原理

为解决中性点非有效接地配电网中长期存在的单相接地故障消弧与保护难题,提出基于零序电压柔性控制的配电网接地故障消弧与保护新原理。在配电网发生接地故障的初始时刻,通过脉宽调制(pulse width modulation,PWM)有源逆变器注入零序电流补偿接地故障全电流,实现对零序电压的控制,促使故障点电压为0,实现瞬时故障100%消弧。接地故障发生后,经一定延时,控制电流注入,增大故障残流,精确测量零序电压和各馈线零序电流变化量,实现接地故障的动态感知和可靠保护。该技术有望降低故障建弧率,减少故障停电时间,促进配电网智能化发展。

石墨基柔性接地材料特性及其在防雷接地中的应用

为满足复杂土壤环境对接地材料耐腐蚀性以及高频雷电流和短路故障入地电流对接地材料热稳定性的要求,研制了一种强通流能力的石墨基柔性接地材料。通过耐腐蚀试验分析了石墨基柔性接地材料与钢材类材料的耐腐蚀性能;试验对比了圆钢与石墨基柔性接地材料与不同土壤的接触性能;仿真研究了石墨基柔性接地材料的热稳定性以及冲击散流有效利用长度。研究结果表明：石墨基柔性接地材料耐腐蚀性强,预期使用寿命超过30 a;其与土壤接触性能优于圆钢,接触电阻降低约30%;冲击散流有效长度增加约30%。

基于参数闭环控制的配电网柔性接地消弧方法

针对配电网小电流接地系统在发生单相接地故障之后故障点残余电流无法实现全补偿从而影响消弧性能的问题,在中性点柔性接地的技术基础上提出了基于零序导纳参数闭环控制的有源消弧方法。分析了开环电流补偿指令将受到参数测量误差的影响,理论推导了柔性接地系统故障前后零序导纳参数的变化规律,并以此作为参数闭环控制的依据,通过参数闭环控制策略提高了故障点电流补偿的准确性。在考虑高斯白噪声(50 dB)干扰的仿真算例中,采用参数闭环控制的结果(接地电流为0.25 A)优于参数开环控制的结果(接地电流为1.35 A);在金属性接地的仿真算例中,采用参数闭环控制的结果(接地电流为0.38 A)优于电压闭环控制的结果(接地电流为4.51 A)。仿真与实验结果表明了所提方法能够准确补偿故障点接地电流的有功分量和无功分量,降低了系统对零序互感器测量精度的要求,且适用于不同接地过渡电阻的故障情况,实现了接地故障的快速处理与可靠消弧。

配电网柔性接地暂态过程分析与优化方法研究

针对传统配电网谐振接地方式无法实现暂态过程补偿的问题,通过对新型柔性接地暂态过程进行分析,提出了一种基于柔性接地方式的暂态响应优化方法。当发生单相接地故障后,通过有源逆变器向配电网中性点注入有功分量及无功分量的补偿电流,从而优化单相接地故障的暂态响应。理论分析与仿真结果表明,补偿电流有功分量可加快暂态过程的衰减并抑制瞬态过电压的幅值;无功分量则用于补偿消弧线圈的暂态电流,由此降低建弧率或使得电弧快速熄灭,减小由瞬时性故障发展成为永久性故障的概率。该暂态响应优化方法能够实现单相接地故障暂态期间柔性消弧与可靠自愈,进一步提升了配电网的运行可靠性。

抑制配电网三相不平衡的柔性接地装置控制方法

为提高现有柔性接地装置抑制配电网三相不平衡的稳定性与信号跟踪能力,提出一种基于改进双闭环控制策略的柔性接地装置控制方法。通过对控制系统进行建模和分析,并提出注入电流的控制策略。该策略在双闭环控制的基础上,采用电流内环PI控制和电压外环滞后网络控制。将中性点电压参考值设置为零,并以其作为控制目标,实时比较参考值和中性点电压反馈量之间差值。该差值经过串联滞后校正环节后可作为电流内环产生参考电流,电流理论参考值与实际测量值构成的偏差作为PI校正环节的输入量,实现对输出电流的目标控制,有效提高电流的稳定裕度,缩短了输出与输入信号的跟踪时间。系统仿真分析结果表明该方法在三相不平衡过电压抑制中性能良好,能够将配电网中性点不平衡过电压精确抑制到零。

石墨基柔性接地体与金属接地体冲击接地性能对比

石墨基柔性接地体在解决金属类接地体腐蚀方面提供了一种新的手段,但其冲击接地特性需要进一步论证。本文利用有限元法对二维涡流场求解,对比分析了石墨基柔性接地体与圆钢接地体在高频电流作用下的自感与等效电阻。计算结果表明,由于圆钢磁导率高,随着频率增加,圆钢等效电阻显著增大,并在频率达到35kHz时超过同等半径下的石墨基柔性接地体。频率5kHz时圆钢内自感迅速下降至10^-6H/m量级,然后逐渐平缓下降至10^-7H/m,与石墨基柔性接地体、铜接近。采用正交试验设计方法确定土壤电阻率、接地体长度、雷电流幅值仿真参数组合,仿真结果表明,石墨基柔性接地体冲击接地电阻小于圆钢,并通过冲击接地对比试验,验证了仿真结果的准确性。

基于对地参数双端测量及闭环控制的配电网柔性接地有源消弧方法

针对中性点经消弧线圈接地配电网发生单相接地故障后故障电流难以全部补偿、消弧效果不佳的问题,提出了一种基于对地参数双端测量及闭环控制的有源消弧方法,通过向配电网中性点注入一工频电流来实现故障消弧。所提出的对地参数双端测量法以柔性接地装置的注入变压器为注入端注入一特征频率电流,以消弧线圈内部电压互感器为返回端测量空载电压,实现了配电网对地参数测量。该方法考虑了消弧线圈阻尼电阻,且消除了注入变压器漏阻抗对测量精度的影响,从而消除了传统对地参数测量方法在建模和原理上存在的误差。进一步设计了电流闭环控制方法,由测得的配电网对地参数计算得到注入电流的参考值后,通过比例谐振(proportional resonance,PR)控制器校正注入电流实际值与参考值的差值,再经L型滤波电路后注入配电网中性点,有效抑制故障相电压为0。仿真和实验结果证明了所提方法精度高、响应速度快,可实现接地故障快速可靠消弧,且适用于不同过渡电阻的故障情况。

配电网柔性接地装置注入非工频小信号的接地故障检测与区段定位方法

为了解决现有配电自动化终端在配电网高阻接地故障稳态特征微弱感知困难与定位失效的问题,提出中性点柔性接地设备注入非工频信号的故障检测与区段定位方法。针对配电网永久性接地故障处置策略,通过柔性接地装置注入变压器向中性点注入非工频特征电流信号,利用配电网各馈线配电自动化终端获取特征频率电流幅值稳态量,构建基于故障区段与非故障区段的特征频率电流幅值区段定位判据,实现故障区段定位。为了增强故障检测与定位的抗过渡电阻与抗干扰能力,详细分析影响故障检测与定位的注入频域选取,制定中性点最优非工频信号注入频段。并在PSCAD仿真环境中搭建了配电网非工频信号注入的接地故障区段定位仿真模型,仿真结果表明该方法具有较强的抗过渡电阻能力,能对故障区段进行宽范围精准定位。

电流加热伏安法测量石墨基柔性接地体的电阻-温度特性

研究石墨基柔性材料电阻温度特性和热稳定性。采用电流加热与恒温保护配合的方法,利用伏安法分别测量各温度下接地体的电阻,推导出平均电阻温度系数;运用实验得到的接地体电阻温度特性参数,迭代计算出石墨基柔性接地体在工频接地故障电流和雷电冲击电流下的最大温升,结合热稳定系数的计算给予验证。实验结果表明:石墨基柔性接地体具有负的温度系数。在石墨基柔性接地体的最高允许使用温度为450℃时,0.5 s工频电流下的最大允许的电流约为1.4 kA;在8/20μs高频雷电流冲击下,石墨基柔性接地体的最高允许通过电流为287.9 kA。

石墨基柔性接地材料及其在南方复杂地质环境防雷接地的应用

接地是输电线路防止雷击跳闸的主要措施之一,接地装置的接地性能直接受到所处环境的强烈影响,接地技术的研究涉及到地质、土壤、化学、材料、电气等多个学科。在均匀土壤中,水平接地网的接地电阻与接地系统所处土壤电阻率成正比,与地网面积的平方根成反比,但是在复杂土壤中,难以套用现有计算公式。南方地区地形复杂,大多数输电线路位于山区,地表上层为石英岩风化砂,下层为岩石,土壤分层现象比较显著,且石英岩风化砂通透性良好,保水保肥能力较差。南方地区的特殊地质对输电线路防雷接地的选型和设计带来一定影响。测量了南方一些具有代表性地区的土壤电阻率,得到了土壤电阻率分层情况,在此基础上比较了几种接地材料在一定长度内接地电阻的变化情况,为南方地区输电线路接地装置的材料选型和设计提供参考。结果表明:在南方的地质条件下,采用柔性石墨基接地带具有防腐能力强和可解决开挖受限难点的优势,应优先采用。

配电网柔性接地装置电压控制方法研究

针对配电网运行过程中柔性接地装置的接地故障抑制以及电压维稳问题,深入研究电压控制策略。通过对柔性接地装置系统建模分析,采用电压控制方法,设计一种将反馈与串级校正有机结合的复合校正方案。同时对反馈补偿器、串级控制器进行参数设计,削弱控制系统对参数变化的敏感性,消除外界对系统的干扰,并将系统的动、稳态性能调至最佳值。仿真分析表明,该复合校正控制方案可实现柔性接地装置输出电压的快速、精确控制,并能有效应对配电网对地参数及故障参数变化带来的影响。

柔性接地补偿电流离散域矢量控制策略研究

柔性接地通过电力电子变流器补偿单相接地故障电流的有功和谐波分量,实现对故障电流的全补偿,从而有利于接地点电弧的快速熄灭,因此柔性接地在配电网具有重要的应用前景。针对柔性接地有功与谐波电流控制,通过建立电力电子变流器的离散模型,直接考虑数字控制的一拍延时,设计了离散矢量电流控制器,在静止坐标系实现了对交流信号的无静差调节。针对所提电流控制器,通过离散域根轨迹分析,提出了临界阻尼参数设计方法,优化暂态响应避免了过补偿。仿真结果验证了所提控制器与设计方法的有效性。

基于PSCAD的10KV配电网中性点柔性接地技术研究

中压配电网是我国电力系统中重要的组成部分,而其中性点接地方式则直接关系着配电网的安全运行状态。文章分析了当前我国配电网中性点几种传统的接地方式,在传统接地方式的基础上研究了一种新型的柔性接地方式,并通过PSCAD/EMTDC仿真软件对其进行了大量建模仿真,得出柔性接地方式的优势以及其相关影响因素。

石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性研究

石墨基柔性接地材料因具有化学性质稳定、耐腐蚀性优异、与土壤相容性较好等优点被应用在输电线路杆塔接地体中,但是其在应用时的适应性必须依据输电线路的输送能量、杆塔位置和运行环境确定。本文通过建立不同输电线路杆塔接地装置的有限元仿真模型,计算相应的接地电阻;根据接地电阻值,采用ATP-EMTP软件,计算接地短路及雷电冲击大电流下流过接地装置的电流和温升,从接地电阻和工频短路电流,以及雷电冲击大电流下的温升两个方面,研究石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性。研究结果表明,规程要求的工频接地电阻满足输电线路杆塔接地电阻的要求,但是特高压输电线路发生单相接地短路故障时,保护拒动会使接地装置的温升超过限值。

石墨基柔性接地体比热容研究

比热容是材料热性质的重要物理量。石墨基柔性接地体作为一种新型的接地体材料,其比热容的大小决定了材料在电流作用下的温升情况。研究测定石墨基柔性接地材料的比热容,对进行材料热稳定计算具有重要意义。采用差式扫描量热法(DSC)进行石墨基柔性接地材料的比热容测定,得到了石墨基柔性接地材料的比热容曲线。进行材料温升(热稳定)计算时,可根据环境温度和材料允许的最高温度,对比热容曲线进行积分,最终可以得到在此温度区间的等效比热容。