风光电源故障暂态解析及实用化短路电流峰值计算

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进行故障暂态解析,继而构建形式简洁实用的短路电流峰值表达式。对于光伏电源及永磁同步风机,在恒功率控制阶段建立了基于故障期间电源出力变化的暂态短路电流计算模型;在限幅控制阶段通过分析阻尼比系数,得到短路电流峰值的实用化表达式。对于双馈感应风机,通过分析其故障后定转子磁链的耦合关系,得到Crowbar电阻投入阶段短路电流的简化条件,进而求解出短路电流峰值表达式。最后通过录波数据与仿真数据验证了理论的可行性和正确性。

短路电流冲击下断路器动静触头电磁场仿真分析

短路电流超标已成为制约中国电网负荷增长和电网发展的突出问题,短路电流冲击严重影响高压断路器运行的稳定性,针对以上问题,开展了短路电流冲击下断路器动静触头电磁场仿真分析。首先,利用SolidWorks构建出高压断路器动静触头三维模型,通过理论推导得出不同短路电流下霍尔姆力和洛伦兹力的变化规律;其次,利用有限元分析软件COMSOL Multiphysic对动静触头在不同电流下电磁场进行了建模与分析,得到了洛伦兹力的分布规律;最后,对高压断路器在短路电流冲击下的电磁场进行了研究,探究触头系统在不同电流冲击和动触头不同开距下的电磁场分布情况,验证了理论推导的正确性。仿真结果证明,触头系统最大电流密度区域出现在触指与动触头接触点附近;触头系统最大磁通密度区域出现在触指与动触头接触点附近和触头形状突变附近;当短路故障电流大于50 kA时,断路器有分合闸失败的风险。研究成果对高压断路器在短路工况下稳定可靠工作具有一定的指导意义。

特高压直流换流站短路电流超标机理及抑制措施研究

随着电网规模的不断扩大,短路电流不断上升,成为制约电网发展的关键问题。针对特高压直流送端换流站单相与三相短路电流均超标,并且单相短路电流甚至大于三相短路电流的问题,分析了其产生的原因及机理,并从短路电流抑制效果、经济性以及电网运行可靠性等多个维度比较了不同短路电流限制措施,研究表明:串联电抗器与变压器中性点小电抗的组合方案最适合解决此类短路电流超标问题。兼顾方案经济性以及降低对电网运行的影响,提出了串联电抗器与变压器中性点小电抗组合方案的参数实用设计方法,简易方便,可为解决特高压直流换流站短路电流超标问题提供参考。

基于时域动态过程的变速抽蓄机组外部故障短路电流计算方法

变速抽蓄机组(VSPSU)采用特殊的交流励磁结构及控制方式,导致其外部故障短路特性与常规定速机组相比差异巨大。为此,提出了一种基于时域动态过程的外部故障短路电流计算方法。根据VSPSU外部故障下的励磁及控制特点,将外部故障下的VSPSU分为持续励磁和跨接器动作这2种情况,并基于空间矢量分析分别建立2种情况下的时域动态电路模型。在此基础上,结合2种情况的过渡边界条件和定子磁链动态特性推导得到VSPSU外部故障短路电流的解析表达式。与PSCAD/EMTDC仿真结果的对比表明,所提出的VSPSU外部故障短路电流计算方法具有较高的准确性及实用价值,能满足变速抽水蓄能电站一次设备选型以及继电保护等工作的需要。

互联电网短路电流在线分析与优化决策方法

在线分析技术是应对交直流电网短路电流超标和随机波动问题的重要手段。结合调度自动化系统的建模范围和实时数据采集情况,提出在线短路电流计算原则和超标判据;通过日前和实时短路电流多目标逐级优化决策,提升短路电流优化策略对电网时变性和复杂性的适应能力;构建在线短路电流分析和优化控制系统功能架构,通过调度端和厂站端功能集成实现短路电流可靠闭环控制。该方法实现了短路电流精细化分析、综合优化决策和精准闭环控制技术在实际电网的应用,通过对实际电网在线短路电流分析与优化控制系统运行结果的分析,验证了所述方法的有效性和实用性.

基于图论的动态调整拓扑限制短路电流措施对系统可靠性影响研究

随着电力系统规模的逐渐扩大和负荷密度的提升,短路电流超标问题逐渐成为制约电网发展的重要因素。基于系统拓扑动态调整的短路电流限制措施,不影响系统正常运行,仅在故障期间调整系统结构,这一措施的引入可能对系统的可靠性造成一定的影响。该文研究了电网连通性的图论建模方法及计算方法,并以典型电网为例建立了系统拓扑仿真算例,分析了不同拓扑调整方法下,短路电流抑制效果和对系统可靠性的影响。结果表明,220kV系统典型接线下,拓扑调整开关配置母线分段开关处可作为首先考虑的方案,其短路电流抑制效果较好,对系统可靠性影响相对较小。

基于短路电流的变电站运维检修故障自动识别方法

为提高变电站运维检修故障识别的准确性,提出了一种基于短路电流的变电站运维检修故障自动识别方法。该方法可消除电流数据中的噪声和异常值,通过分析故障前后短路电流信号的变化特征,利用短路电流特征数据,挖掘电流信号中的故障信息,进而实现变电站故障的自动识别。结果表明,利用该方法可确定220kV变电站线路7出现三相短路故障,出线2出现单相短路故障,证明该方法识别效果较好。

动态调整系统拓扑限制短路电流的配置方案及控制策略研究

随着电网的不断发展,短路电流超标问题逐渐突出,基于系统拓扑动态调整的短路电流限制方法,可避免常规限流措施带来的设备停运,从而降低对系统正常运行的影响。该文分析了断路器动作时序对短路电流的影响,提出考虑拓扑调整瞬态过程的短路电流分析方法,针对典型变电站分析了断路器开断电流超标工况,研究了不同拓扑调整方案下的短路电流限制效果及影响因素,最后研究了系统拓扑调整的动作策略及实现方案,分析了不同动作策略对限流效果的影响。500kV系统可主要考虑在出线布置快速断路器的方案,220kV系统可主要考虑在母线分段布置快速断路器的方案;拓扑调整控制策略可通过采集支路电流快速识别故障或通过与继电保护联动实现。

含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算

为实现含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算,首先建立计及故障穿越控制的逆变型分布式电源序等效受控电流源模型,通过引入虚拟线路和虚拟节点并结合广义Fortescue变换建立不平衡配电网的系统序导纳矩阵。在此基础上构建含逆变型分布式电源不平衡配电网的序节点电压方程,提出基于序分量的短路电流迭代计算方法。通过引入预条件处理的广义极小残余法可避免求解系统序阻抗矩阵,能够有效提升短路电流迭代计算的计算速度。最后,通过对含逆变型分布式电源的13节点、123节点和多个大型合成系统仿真结果对比,验证了所提方法的正确性和可行性。

基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法

短路电流超标校验中,针对现有技术在临界超标场景下存在计算精度不足、易误判的缺陷,提出一种基于临界超标样本扩充的数据驱动短路电流超标精准校验方法。首先,在短路电流领域首次采用生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN)产生与蒙特卡洛模拟具有相同效力的大量样本,再筛选其中的临界超标样本;其次,设计了一种临界超标占比高、非临界超标占比低的新型样本构成方式,据此融合GAN生成临界超标样本与蒙特卡洛仿真样本以形成数据驱动样本集;继而,采用数据驱动的代表性回归算法LightGBM开展短路电流超标校验;最后,仿真结果表明所提方法能有效提高短路电流超标的校验准确度,相比其他物理计算方法和数据驱动方法具有更高效率和计算精度,以及更快的计算速度。

考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流计算方法

光伏发电系统具有不同于同步机的故障响应特性,给电力系统故障保护与控制带来严峻挑战。锁相环的输出直接影响光伏发电系统的故障响应特性,特别是在电网故障后电压相位跳变使得锁相环输出呈现非周期性的暂态响应偏差,对光伏输出短路电流产生较大影响。现有研究忽略锁相暂态过程,可能造成光伏及其并网系统短路电流的分析计算出现较大误差。为此,本文推导了光伏锁相环输出相位与并网点电压相位间偏差的解析表达式,分析了锁相偏差的时域变化特性及其影响因素和锁相偏差对光伏发电系统三相短路电流的影响,从而提出了考虑锁相暂态响应的光伏发电系统三相短路电流解析计算方法,并分析了短路电流的特征,最后搭建光伏并网系统仿真模型,验证了理论分析的正确性。

基于图神经网络的变压器短路电流计算方法

近年来,随着电力系统复杂程度日益提高,变压器运行安全已成为影响电力系统稳定运行的关键因素。目前流经变压器短路电流计算多基于电网拓扑结构及变压器等效阻抗等数据,此类方法的灵活性和实时性较低,未考虑系统实际运行方式,难以满足电力系统实时运行的要求。为此,基于图卷积神经网络,提出一种考虑潮流条件下的变压器短路电流计算方法,通过引入变压器各侧母线和区域拓扑,训练得到变压器短路电流计算模型。引入注意力机制,使模型对不同运行条件下的电网潮流动态更为敏感。经过某区域实际电网算例验证,该方法计算得到的短路电流相较于参考值误差较小,且计算误差分布集中,可基本满足实际运行中对于短路电流计算的要求。

无刷同步发电机稳态短路电流控制

过载运行能力和突然短路时稳定的短路电流输出能力是无刷同步发电机的重要性能要求。在发电机发生突然短路时,发电机控制器需要配合无刷同步发电机进行短路电流控制,在保证足够的短路电流输出能力的同时也要避免短路电流过大损坏电机。针对无刷同步发电机可能发生的5种短路类型进行了分析,提出梯形电压电流的控制目标曲线,利用无模型自适应控制算法进行短路电流控制,使发电机能在发生各种类型的突然短路故障时输出符合要求的短路电流。建立了发电机和控制器的仿真模型,进行无模型自适应控制方案的仿真验证,同时搭建了实验平台进行实验验证。经过验证无模型自适应算法可以将无刷同步发电机的短路电流很好地控制在目标值,验证了该控制算法在发电机短路电流控制方面的有效性。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

含混合型MMC的多端柔性直流输电系统短路电流计算方法

多端柔性直流输电系统中存在多个换流站,换流站之间复杂的耦合关系使得直流短路电流的计算成为一个难题。针对含混合型模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的多端柔性直流系统应用场景,首先搭建了故障穿越前后混合型MMC的故障等效模型,并从混合型MMC直流故障穿越期间电路结构变化的角度出发,分析了直流故障穿越对多端柔性直流系统各支路短路电流的影响,在此基础上基于叠加定理提出直流故障穿越附加网络的概念。然后结合多端系统的近似解耦解析计算方法和直流故障穿越附加网络的概念,提出含混合型MMC的多端系统直流故障穿越期间的短路电流计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真结果表明,所提出的计算方法在故障发生6 ms内计算的短路电流值最大误差均在±6%以内,且具有良好的适用性,为含有混合型MMC的多端柔直系统的规划设计与保护整定提供了参考。

计及网侧变流器的双馈感应发电机稳态短路电流实用计算方法研究

双馈感应发电机组(DFIG)的大规模并网使得电网的故障特征发生变化,进而影响了继电保护装置的动作特性评估,故研究DFIG的低电压穿越(LVRT)特性有重要意义。然而目前的研究尚未全面考虑最新风机并网要求、实际LVRT控制策略以及网侧变流器(GSC)3大因素对DFIG稳态短路电流的影响。基于主流厂家DFIG的LVRT控制策略以及我国最新风机并网要求,分别建立了LVRT期间定子和GSC的稳态模型,提出了DFIG稳态短路电流的实用计算方法。并进一步在RTLAB上搭建了含DFIG实际控制器的半实物仿真平台,验证了实用计算方法对于短路电流有效值的计算误差小于3%,短路电流相角的计算误差小于2.5%。本文的研究成果对DFIG接入系统的继电保护整定等方向有重要意义。

基于短路电流的10 kV电网线路继电保护误动作识别研究

常规的10 kV电网线路继电保护误动作识别方法多采用LVRT保护动作判据,存在局限性较大、识别查全率较低、不能有效降低继电保护过程中误动作发生率的问题。基于此,开展了基于短路电流的10 kV电网线路继电保护误动作识别研究。首先,计算10 kV电网线路短路电流,获取电网线路继电保护工况及特征,缩小线路误动作故障影响范围。然后,计算线路继电保护误动作时变概率,识别继电保护误动作行为。实验分析结果表明,应用提出的方法后,误动作识别查全率始终不低于98%,能更加全面地召回识别出线路继电保护误动作,降低误动作发生率。

电力系统整流变阀侧短路电流计算方法研究

在整流变阀站发生短路故障时,系统中的电流和电压会产生瞬态响应,并表现出复杂的变化。这种动态响应使得短路电流的计算变得困难,需要考虑电网、设备和控制系统之间的相互影响。为此,本研究提出电力系统整流变阀侧短路电流计算方法。利用分布式电源的等值序分量分析短路电流的暂态特性。基于此,设定短路电流参数,利用电流的初始相位计算电力系统整流变阀侧短路电流。实验结果证明,与传统方法相比,研究方法计算出的短路电流更精准,且能够检测出短路发生的具体时间。

限流器配置与网架结构优化协同的受端电网短路电流抑制策略

如何有效地抑制短路电流水平已成为受端电网规划和运行中不可忽视的问题。文中量化和构建了计及超导故障限流器(SFCL)配置与网架结构优化的短路电流约束。在此基础上,提出了一种SFCL配置与网架结构优化协同的短路电流抑制模型,采用基于McCormick包络的交流潮流线性化框架,并通过循环结构最小化松弛误差。为有效求解上述模型,将主问题分解为若干子问题,设计了基于嵌套Benders分解算法的求解策略。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展仿真分析,验证了所提策略在经济性和短路电流抑制效果方面的有效性和实用性。

柔性直流电网直流侧极间短路电流初始阶段的量化评估指标

随着高压领域模块化多电平换流器(MMC)型的柔性直流电网大规模建设应用,若直流侧出现短路故障,短路电流在故障初期呈现上升速率快、峰值大等特点,限制了柔性直流电网的进一步发展。为了对短路故障情况下的直流侧电流值进行定量评估,本文从MMC型柔性直流电网固有特性的角度,建立了故障节点处产生的电流响应初始阶段量化评价指标,指导柔性直流电网的规划与运行。首先,提出了一种以MMC输入输出特性为基础的故障电流求解方法,为后续的短路电流量化评价奠定基础。其次,解耦分析柔性直流电网间的短路电流,并从系统固有特性的角度建立了短路电流初始阶段的量化评价指标。最后,在配置特征和架构组成存在差异的各类柔性直流电网上,对所提出的解耦短路电流求解方法和定量指标进行验证。结果表明,所提出的指标能够在不计算短路电流的情况下量化评价柔性直流电网的短路电流,并为柔性直流电网的网络结构设计、运行模式以及参数选择提供技术支持。