基于PCA和EEMD的柔性直流配电网故障选线算法

柔性直流故障选线技术的发展对直流配电网有着至关重要的作用。本文针对现有柔性直流故障存在的可利用的故障信息较少等问题,提出了一种新算法,该算法有效利用了集合经验模态分解EEMD(ensemble empirical mode decomposition)算法、主成分分析PCA(principal component analysis)和相关系数各自的优势。首先,提取暂态电流样本信号,采用EEMD得到以正交基函数表示的数据矩阵;接着,基于PCA进行该矩阵元素特征向量到主成分的转换,将样本信号投影到主元空间实现坐标变换,从而得到对样本数据的聚类和识别结果;最后,基于相关系数进行故障线路判别。本文算法的EEMD揭露了原始历史数据的内在变化规律,PCA能够有效选择故障有效特征。大量实验表明,该新算法准确有效,与现有其他方法相比,在故障信息不明显、不同过渡电阻方面具有优势。

基于暂态电压Pearson相关系数的柔性直流配电网纵联保护方法

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。

柔性直流配电网中机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响

柔性直流配电网因其诸多优势成为未来配电网的重要组成部分,而直流断路器是构建柔性直流配电网的重要设备,但直流断路器动作时产生过电压危害系统的绝缘安全。文中基于Pscad/Emtdc建立±10 kV三端环网结构的柔性直流配电网仿真模型,对系统发生电缆侧双极短路故障、限流电抗器出口双极短路故障和单极接地故障时机械式直流断路器的开断策略和操作过电压特性进行理论和仿真分析,并研究线路两端机械式直流断路器动作时序对操作过电压的影响,最后对分析结果进行总结,文中的研究结果可为柔性直流配电网的保护策略和绝缘配合提供参考。

基于过零特征的柔性直流配电网电压分层控制

柔性直流配网系统中含有较多的换流站,在不同的运行模式下电压等级各不相同,增加了对配电网的控制难度为此,研究基于过零特征的柔性直流配电网电压分层控制方法。以配电网典型拓扑结构为切入点,分析两端供电型结构的配电网,在对称原理下描述配电网的运行状态。设定配电网中换流站与有源网络的关系,并建立配电网双向传输数学模型。选择过零特征理论识别并处理电压向量,以加窗间隔密度计算电压向量函数值,实现柔性直流配电网电压分层控制。实验中,以多端柔性直流配电网为测试对象,在换流站退出运行时进行电压控制,发现:应用该方法后,无论是在主站退出还是从站退出时,均可以实现有效控制。

柔性直流配电网暂态电压稳定性控制方法研究

由于引起柔性直流配电网暂态电压波动的因素较为复杂,导致对其进行控制时难以达到对电压波动的快速收敛,为此,提出了一种柔性直流配电网暂态电压稳定性控制方法。在考虑电压源换流器、直流母线、分布式电源以及负荷特点的基础上,构建了柔性直流配电网模型,并结合发电机—母线轨迹灵敏度反映发电机出力变化对母线电压波动的影响程度,引入了发电机—母线轨迹灵敏度参数。在具体的控制阶段,结合不同线路对应的发电机-母线轨迹灵敏度情况,对换流器的触发角和导通角进行调节,并利用并联电容器组对柔性直流配电网进行无功补偿,实现暂态电压稳定性控制。在测试结果中,不论是在稳定的电网工作状态还是在电压突变暂态事件状态下,所提出的控制方法均能够实现配电网整体输出电压波动的快速收敛,在短时间内保证电压维持在稳定状态,说明其能够有效保障配电网的稳定运行。

柔性直流配电网保护策略综述

随着新能源的日益兴起,越来越多的分布式电源和储能器件集成到配电网中,推动了新兴直流系统的发展,也给传统交流配电系统的保护方案带来挑战。柔性直流配电系统安全稳定运行的关键在于如何对故障进行正确识别与快速隔离。针对几种柔性直流配电系统的典型拓扑结构,对常见的故障识别与保护方法进行了总结分析,并对柔性直流配电系统故障保护的未来发展提出了展望。

含光伏发电系统的柔性直流配电网无功电压控制技术研究

目前,可能引发分布式光伏发电并网系统电压越限的因素较多,导致电压偏差的控制难度较大,因此,文章对含光伏发电系统的柔性直流配电网无功电压控制技术进行了研究,结合分布式光伏发电并网结构,分析了输出功率与负载功率之间的不平衡导致的配电网电压波动,并采用将动态型补偿装置——可缩放矢量图形(SVG)与分布式调相机相结合的方式,构建了一个多层次、多环节的协同无功电压控制体系,开展具体的控制管理,以期为相关研究者提供有益参考。

基于电流故障分量变化特征的三端柔性直流配电网线路保护方法

通过利用模块化多电平换流器(MMC)和输入串联输出并联-双有源桥DC/DC变换器(ISOP-DAB)所构成的等效电路在发生不同故障时电流回路的差异分析故障特征,并结合理论数据分析进行验证,提出利用双端线路电流故障分量绝对值变化特征来判断区内外故障以及故障选极的保护方法。最后在PSCAD/EMTDC上建立含有分布式能源的三端柔性直流配电网模型用以输出故障数据,利用Matlab实现保护算法,验证所提保护方案的可行性。

基于改进Jaccard系数的柔性直流配电网纵联保护方案

纵联保护具有高选择性的优势,是柔性直流配电网主要保护类型之一。然而,纵联保护对双端数据要求较高,存在可用数据有限、易受同步误差影响等问题。为此,文中提出了一种基于改进Jaccard系数的柔性直流配电网纵联保护方案,以提高数据可用率、降低对信息同步的要求。首先,通过推导区内、区外故障时两端故障电流表达式,得到两端电流绝对值交集部分的特征差异。其次,采用简化的Apollo曲线光滑算法进行预处理,利用两端电流绝对值的改进Jaccard系数量化交集特征差异,构建了保护动作判据。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建四端环状直流配电网模型进行了仿真验证。仿真结果表明,所提纵联保护方案能够可靠判别区内、外故障,且具有较高的耐受过渡电阻、抗噪声干扰和抗同步误差能力。

基于主动注入的柔性直流配电网故障定位

柔性直流配电网中换流站难以耐受双极短路冲击电流,在1~2 ms内闭锁,提供给故障定位的有效信息少,定位精度差。因此,提出了一种基于DC/DC主动注入的柔性直流配电网的故障定位方法。在换流站均闭锁的情况下,金属性故障解锁配网首端DC/DC换流站,非金属型故障先后解锁首末两端DC/DC换流站,然后提取电压电流数据进行故障定位。该故障定位方法考虑了换流站因快速闭锁无法提供有效暂态信息的问题。利用DC/DC换流站高压侧支撑电容对注入信号的电气特征响应,即可实现故障区段区别。此外,该方法不需要额外的注入设备且适用于单一MMC换流站的网络,原理简单可靠且定位精度高。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电网,验证了所提故障定位方法的可行性。

柔性直流配电网电流微分保护的制动策略研究

针对柔性直流配电网电流微分保护缺少有效制动措施等问题,提出一种以电流的微分为动作量、电流微分的模值为制动量的保护方法。利用上下级线路的配合,完成具体故障位置的甄别。通过理论分析,总结出动作量与制动量的方向和大小关系,以此构建保护判据。再通过仿真验证,发生区内故障时,本级线路动作量大于制动量、下级线路制动量大于动作量,保护灵敏动作;发生区外故障时,保护也能可靠躲过,验证了该保护算法的可靠性与选择性,同时该保护结合了故障分量算法,灵敏性和耐受过度电阻能力也有一定的提高。

柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析

采用理论分析和仿真验证相结合的方法研究了柔性直流配电系统接地方式对其故障特性的影响。首先,介绍了柔性直流配电网的系统架构,确定了直流侧电容的接地方式;其次,分析了直流不平衡电压恢复的理论依据;接着讨论了联接变压器的接地方式对换流器交流侧不同位置单相故障的影响;随后分析了联接变压器接地方式对直流侧单极接地故障的影响,并讨论了不同过渡电阻情况下的故障特性。与电压源型直流输电技术(voltage-sourced converter high-voltage direct current,VSC-HVDC)分析故障特性方法不同,为提高配网供电可靠性,在分析直流侧单极接地故障时,考虑了绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)不闭锁的情况。最后讨论了在实际应用中实现IGBT运行在不闭锁状态下的方法。分析结果表明,接地方式对系统的故障过程和故障恢复过程有显著影响。分析方法和结论为柔性直流配网的接地方式选取、保护方案配置提供了参考。

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究

结合深圳多端柔性直流配电示范工程,研究了柔性直流配电网的保护配置和直流线路故障定位方法。首先根据实际工程的电路拓扑结构,明确了柔性直流配电网保护区域的划分方法。其次结合MMC换流器及直流配电网的故障特性,提出了各保护区域的保护配置方案。最后针对直流线路"T"接负荷与微电网的特点,重点介绍了直流线路单极故障、双极故障及断线故障的保护配置和故障定位方法。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下搭建了基于MMC的直流配电网仿真模型,通过仿真验证了保护配置策略的正确性和直流线路故障定位的可行性。

柔性直流配电网混合拓扑变流器的自治控制

针对柔性直流配电网中混合拓扑模块化多电平换流器(MMC),提出一种适用于其并网和孤岛运行的自治控制策略,以提高直流配电网的可靠性。首先,提出混合MMC功率模块等效电容储能与变流器侧交流电压矢量角频率增量间的比例控制结构,作为变流器自治控制外环,实现利用变流器自身子模块电容缓冲功率波动的目的,与传统虚拟同步机外环所采用的惯性环节相比,动态响应速度有所提升。其次,设计总体控制结构包括自治控制外环和电流内环,其中,外环提供系统惯性,内环实现电流跟踪控制和对暂态电流较强的抑制。进一步地,建立混合MMC自治控制小信号模型,分析惯性等主要控制参数对系统特征根分布和稳定性的影响。最后,搭建直流配电网混合MMC仿真模型,分别对孤岛和并网运行方式以及暂态故障进行仿真,验证所提自治控制策略的正确性和有效性。

基于下垂控制的柔性直流配电网综合调度指标和调度策略

基于柔性直流配电网架构,分析了节点变流器下垂控制原理以及其对节点运行点的控制机制;根据电路原理和戴维南定理研究了基于下垂控制的柔性直流配电网的电气和电网络机理,并以此提出一个与各节点功率、电压及下垂斜率有关的综合性配电网潮流调度指标;同时,针对节点运行状况的优化目标,深入探讨了一种调度控制策略;最后,参考国际大电网会议的B4网络提出一个八端柔性直流配电网结构,并以此对所提出的综合调度指标和调度控制策略进行分析验证。

柔性直流配电网故障识别与隔离策略综述

随着技术的发展,柔性直流配电网将成为智能电网和能源互联网的关键组成部分,但保护技术的不成熟一定程度上限制了其应用。结合国内外对其保护技术相关方面的研究做了以下工作:首先,简述了柔性直流配电系统关键设备VSC换流器和直流变压器的控制策略,分析了适用于柔性直流配电系统的多端协调控制策略。然后,介绍了系统交流侧不对称故障和直流侧单极接地与极间短路情况下的故障特征,并分析了系统接地方式对故障特性的影响。随后,对其故障隔离手段和故障检测、识别原理进行了综述,简要分析了各种原理的优缺点。最后,列举了柔性直流配电系统保护技术所要重点关注和研究的问题。

基于CNN与DCGAN的柔性直流配电网故障检测

煤矿直流供电技术凭借其优良的供电性能将大大提高煤矿供电的可靠性和安全性,但由于该技术所采用的电力电子设备耐受故障冲击电流能力差,保护需利用数毫秒内的暂态信息识别故障区域,给传统交流电网继电保护带来了新的挑战。针对直流电网故障检测正确率低、鲁棒性弱的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)与深度卷积对抗生成网络(DCGAN)的柔性直流配电网故障检测新方法。首先利用集合经验模态分解方法将暂态电流分解,得到若干个本征模态函数(IMF)分量,计算各个IMF的相关系数,并重构成新的暂态电流信号;通过滑动窗口取值、信号组合,将其经过信号-图像转换变为二维图像,该图像分为测试集和训练集;接着,将训练集利用DCGAN通过轮流训练判别器和生成器,经多次训练逼近真实值,从生成器中得到增强样本作为训练集的扩充;并将训练集与DCGAN生成的训练集来训练网络,进一步利用CNN进行故障检测判断;最后,从样本增强对识别结果的影响,以及卷积核大小、池化方式和激活函数等方面对网络性能的影响进行仿真测试,验证了所提算法的有效性。测试结果表明,该方法所分析的4种不同工况下都能有较高的检测精度,且平均检测精度为95.044%,对于分辨率为44像素×44像素的图像,检测速度可达20帧/s。

基于限流电抗电压的柔性直流配电网故障保护方法

柔性直流配电网具有故障电流上升速度快且幅值高等特点,因此,直流线路故障的快速可靠识别是直流配电网亟需突破的关键技术。基于直流线路边界元件的电气特性,提出了一种新型直流配电网线路边界保护方案。首先,利用直流配电网发生故障时电容放电电流急剧上升的特点,提出将Savitzky-Golay滤波与直流线路的电流微分作为保护启动判据。然后,基于故障发生后正负极线路两端限流电抗两边电压的差异性特点,提出采用裕度因子算法识别区内、外故障的保护判据。最后,求取故障线路正负极限流电抗电压的峭度值之比,构成故障选极识别方案。测试结果表明,所提保护方案可有效识别故障极以及区内、外故障。该方法对通信要求低,耐受过渡电阻能力强,且具有一定的抗干扰能力,满足直流配电网对保护的速动性、选择性以及可靠性要求。

多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。

基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

为了提高现有柔性直流配电网故障定位方法的性能,保证直流配电网供电可靠性以及故障后快速恢复供电,提出基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法。利用混合模块化多电平换流器(MMC)的高可控性,将故障电流分为阶段Ⅰ与阶段Ⅱ。阶段Ⅰ主要实现故障电流快速抑制并为阶段Ⅱ平滑过渡提供条件。阶段Ⅱ通过注入特定频率的高频反向电流,实现故障的精确定位。介绍了故障参考电流的设计方法。以非对称“手拉手”式双端直流配电网为典型场景分析其故障定位原理。最后,在PSCAD/EMTDC搭建双端直流配电网仿真模型,验证了所提故障定位方法的可行性。