基于谐波平衡法及Floquet理论的高速铁路10 kV供电系统铁磁谐振机理分析

高速铁路10 kV供电系统是含时变激励的非线性非自治系统,以至于该系统中必然存在丰富的复杂非线性现象。该文在考虑系统中磁饱和电感的非线性特性的基础上,构建系统数学模型,并基于谐波平衡法求解系统周期解的近似表达式,推导系统周期时变雅克比矩阵,以Floquet理论识别系统周期解的稳定性,揭示系统出现铁磁谐振时的物理机理,分析系统参数变化对系统产生铁磁谐振的影响,给出ATPDraw环境下的电路仿真结果。研究结果表明:系统铁磁谐振现象产生的机理是由于系统发生了鞍结分岔,且随着饱和相串、并联电容的变化,系统能够保持稳定运行的临界激励幅值Em会随之产生变化。另外,理论计算结果和ATPDraw仿真结果一致,表明采用谐波平衡法和Floquet理论可有效分析高速铁路10 kV供电系统中的铁磁谐振现象。

铁磁谐振原理和反铁磁谐振的方法

铁磁谐振是电力系统中一种内部过电压现象。铁磁谐振过电压是电力系统中的一种非线性共振现象发生时,系统出现明显的高于额定工作电压而持续时间较长的电压升高和电位差升高而造成的,使电网的安全运行遭到严重破坏,人身安全受到严重威胁。因此,研究铁磁谐振的原理和反铁磁谐振的方法至关重要。

10 kV配网电压互感器PT铁磁谐振异常仿真模型研究

为了研究PT铁磁谐振所带来的影响,分析其影响因素,以10 kV低压配电网形成PT铁磁谐振过电压的基本原理为基础,利用EMTP-ATP计算机软件,构建中性点不接地系统仿真模型。以电压互感器的励磁特性、三相参数不平衡2大因素对铁磁谐振影响为例,进行仿真计算分析。仿真结果表明:PT铁磁特性较佳,可以减少谐振发生的概率,不过不能完全消除;此外,PT铁磁谐振产生较多的几率,受三相参数不平衡,或者对地电容大小不平衡等因素影响较大。基于仿真结果开展对各影响因素范围进行比较,进而为10 kV配网电压互感器PT铁磁谐振防治措施提供相关参考数据。

基于相空间重构的中性点非有效接地系统铁磁谐振故障辨识研究

准确辨识铁磁谐振故障是启动微机消谐装置的前提,而现有时频分析方法提取铁磁谐振过电压信号特征时存在容易误判和相邻频率模态相互混叠的缺点。针对上述问题,从铁磁谐振过电压时间序列的混沌特征出发,提出了基于相空间重构的中性点非有效接地系统铁磁谐振故障辨识方法。首先利用C-C法计算相空间重构的特征参数(嵌入维数、延迟时间),然后通过相空间重构技术将过电压时间序列引入到高维空间,分析重构吸引子相平面轨迹的属性特征(关联维数、点分布因数)和几何特征(矢径偏移、中心距),并揭示了不同铁磁谐振类型重构相平面轨迹特征。最后,引入K值作为4种特征量变化规律的特征参数,结合特征量变化规律给出不同类型铁磁谐振的参考K值,以此作为谐振判据进而辨识谐振类型。通过仿真分析和云南某10 kV配电系统发生的铁磁谐振实例验证了所提方法的可行性。

电容式电压互感器铁磁谐振试验测控装置

电容式电压互感器的铁磁谐振试验,需要对试验波形进行分析处理,人工处理比较繁琐,耗时较长。针对这一问题,本文介绍了一种电容式电压互感器铁磁谐振试验测控装置,可对短路开关进行控制,自动采集和分析试验波形,自动存储试验结果和波形数据,。将该装置用于实际电容式电压互感器进行铁磁谐振试验中,结果显示,测控装置比人工处理波形省去了人工处理波形的时间,提高了工作效率。

PT在不停电作业工况下铁磁谐振特性与识别研究分析

本文通过分析铁磁材料在不同频率下的谐振行为,以及其在电力变压器和电机等设备中的应用,明确了解铁磁谐振的特性和影响因素。在此基础上,提出了一种基于谐振特性的铁磁材料识别方法,帮助工程师和技术人员更好地评估设备状态和性能。

电压互感器铁磁谐振过电压案例分析及防治措施

通过对三起发生在炼化企业的铁磁谐振案例的描述,分析了产生铁磁谐振的必要和充分条件是系统中性点对地绝缘,电压互感器一次绕组(coil)中性点直接接地,以及在系统对地电容与电压互感器励磁电感参数匹配条件下的外界激发。并将防治铁磁谐振的措施归纳为破坏产生谐振的条件,通过改变参数避开谐振区域;以及接入阻尼电阻吸收能量,让产生谐振的自激振荡自行衰减。

采用阻尼电阻并接模型的主动式抑制、消除PT铁磁谐振方法

中性点不接地系统中,由于对地容抗与电磁式电压互感器感抗的不利组合,在系统电压出现大扰动时,常常会产生铁磁谐振现象,造成PT损坏。对此,提出一种采用阻尼电阻并接模型抑制、消除PT铁磁谐振的方法,于PT开口三角处并接阻尼电阻并接模型,利用阻尼大电阻实现提前抑制高频谐振;通过分析PT一次零序电流和开口三角零序电压,区分单相接地故障和谐振,控制阻尼小电阻投入消除谐振。利用MATLAB/Simulink建立的仿真模型验证了所提出的方法的可行性。

小型水电站铁磁谐振案例分析及控制措施

结合某小型水电站发电机保护改造完成,进行同期并网试验时,发生3U0定子接地保护动作,跳出口断路器及停机这一案例对铁磁谐振发生的原因进行分析表明,在设备选型改造、回路设计时应采用技术性能和工艺质量更好的电压互感器,其铁芯在系统扰动时不容易发生饱和从而避免发生铁磁谐振;对存在铁磁谐振现象的电站,应根据实际情况选取变更运行方式、采用“4PT接线法”、装设消谐电阻等方式也可以有效消除谐振现象。

35 kV电磁式电压互感器铁磁谐振分析与自动消谐

铁磁谐振是非有效接地电力系统中较常见的现象,严重危及系统安全可靠运行。通过变电站实例,阐述变电站铁磁谐振原因,并研究措施防止谐振发生或降低其幅值。

35kV电力系统铁磁谐振治理研究及应用

某公司电力系统近期发生两起因线路单相接地故障造成电压互感器烧坏的事件,威胁着电力系统的安全稳定运行。鉴于铁磁谐振的危害性,提出适合电力系统电压互感器铁磁谐振的治理方案,在现有二次消谐装置的基础上,采用一次消谐装置与二次消谐装置相结合的抑制措施。经过治理,达到了抑制铁磁谐振发生及消除铁磁谐振的目的,保障公司电力系统安全稳定运行。

实测铁磁谐振过电压相空间重构及非线性特征量提取

铁磁谐振是电力系统中常见的一种非线性现象,现场实测数据表明电力系统中存在准周期铁磁谐振过电压,且某些分频铁磁谐振与准周期铁磁谐振过电压难以区分。为了能够提出一种有效的铁磁谐振过电压特征量,文中对某变电长达5年的实测铁磁谐振过电压进行了全面分析,采用相空间重构算法获得电压时间序列对应的铁磁谐振重构相空间,再以重构相空间为基础,提出二维重构吸引子的平均灰度的计算方法,用来定量表征铁磁谐振过电压非线性,结果表明不同类型铁磁谐振过电压的二维重构吸引子的平均灰度具有明显的差异,能够直接识别分频谐振和准周期谐振,亦能辅助识别其他类型的实测铁磁谐振过电压。

10kV配电网铁磁谐振消谐措施的仿真比较研究

在中性点不接地配电系统中,由于电磁式电压互感器(PT)励磁电感的非线性特性,在一定条件下容易产生铁磁谐振过电压,严重影响系统的安全运行。文章以嘉兴电力局斜桥变电所10kV配电网为模型,利用EMTP程序对PT高压侧中性点接非线性电阻、串单相PT、经消弧线圈接地、PT开口三角绕组接阻尼电阻或者分频消谐装置等多种消谐措施进行了详细的仿真分析和综合比较,发现中性点串单相PT的方式在消谐能力和全局性方面不如中性点串非线性电阻方式;在非线性电阻消谐方式下,正温度系数(PTC)热敏电阻和三次谐波滤波器可以较好地解决零序电压偏高的问题。此外,文章还定量研究了采用消弧线圈消谐的有效数值范围,分析了分频消谐装置在实际运行中不能很好消谐的原因,并对其他一些消谐方式的有效性进行了探讨。作者的工作可以为电力部门进行铁磁谐振过电压的防治提供较好的参考依据,对提高配电网的供电安全可靠性也有很高的实用价值。

用参数不匹配混沌系统的脉冲同步方法抑制铁磁谐振过电压

根据非线性动力学理论和铁磁谐振的特性,提出一种新的抑制铁磁谐振的概念——用同步脉冲控制理论使过电压系统与正常工作的系统同步。通过Matlab软件仿真计算,表明该方法能有效实现谐振系统与正常系统的快速同步,大幅降低控制能量,并突破以往研究仅抑制混沌形态过电压的局限。同时,首次应用ATP-EMTP软件对采用脉冲抑制铁磁谐振的方法进行仿真,仿真结果同样验证了该理论的有效性。

基于零序电压柔性控制的配电网铁磁谐振抑制方法

配电网电磁式电压互感器饱和易引发铁磁谐振,可能产生长时间的过电压。首先,提出一种基于零序电压柔性控制的铁磁谐振抑制新方法,由脉宽调制有源逆变向配电网注入零序电流,吸收电网零序暂态能量,释放线路对地电容的多余电荷,抑制过电压,从本源上消除铁磁谐振;然后对一配电网分频、基频、高频铁磁谐振的抑制进行仿真验证。结果表明,所提方法仅需短时注入零序电流,强迫配电网脱离铁磁谐振状态,抑制零序电压为零。

铁磁谐振过电压混沌振荡的理论研究

在中性点直接接地电力系统中,建立铁磁谐振过电压的数学模型,对该模型的异宿轨道进行计算,在此基础上运用Melnikov方法计算该系统的混沌阈值,即铁磁谐振过电压振荡发生的参数区域及混沌产生的条件,并深入探讨其周期解的存在性,为有效控制和消除过电压,抑制过电压中的混沌现象提供理论依据。

电容式电压互感器铁磁谐振的数值仿真

建立了电容式电压互感器的数学模型,在此基础上对其铁磁谐振过电压进行了数值计算,实验结果和仿真结果的吻合验证了模型的可行性。

基波铁磁谐振理论分析及实验验证

基波铁磁谐振频繁发生于电力系统中,严重威胁电力系统的安全稳定运行。首先利用理论分析方法研究了典型铁磁谐振电路的基波铁磁谐振,用非线性曲线描述了非线性电感的饱和特性,并考虑了回路电阻对谐振的影响;在仅考虑基波分量的情况下,根据理论推导结果得出系统各参数对铁磁谐振的影响,并给出了各参数导致系统发生谐振的临界值求解方法;最后利用实验验证了理论分析中电源电压对铁磁谐振影响的正确性。研究结果表明:该方法能够很好地分析基波铁磁谐振及其影响因素,铁心损耗越小,电源电压越高,回路电阻越小,回路电容越小,系统发生谐振的可能性越大。

多重分形在铁磁谐振过电压信号分析中的应用

针对中性点直接接地系统中发生的铁磁谐振过电压类型的多样性,系统阐述了多重分形和多重分形谱的小波局部极大模计算方法,讨论了多重分形谱在过电压信号诊断领域的应用途径,并运用多重分形谱对中性点直接接地系统中常见的几种铁磁谐振过电压信号进行实例分析,研究结果表明多重分形谱可以很好地反映铁磁谐振过电压信号的几何结构特征和奇异性,这为进一步从过电压信号中提取故障特征,展开类型诊断、识别奠定了基础。

变电站铁磁谐振仿真分析及抑制措施研究

以某110kV变电站为原型,在考虑了母线零、正序参数和进出线路几何参数情况下,利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,对该变电站35kV侧由于出线单相接地引起的母线电压互感器的谐振情况及电压互感器一次侧中性点经非线性电阻接地,电压互感器开口三角短时投入阻尼电阻等措施的消谐情况进行了仿真计算。对母线上装设中性点接地的三相电容器组,采用电容式电压互感器等消谐方式的有效性进行了探讨。对谐振产生的原因和各种消谐措施的原理和消谐效果进行了分析比较。结合仿真结果和系统参数分析得出:单相接地故障消失时刻对于能否激发系统谐振起着关键性作用;电压互感器开口三角短时接入阻尼电阻和电压互感器一次侧中性点经非线性电阻接地2种措施消谐效果较为理想;H.A.Peterson的试验结论不能作为判断系统是否产生谐振的确切参数标准。