基于负荷电流闭锁的低压配电网漏电保护

针对我国低压配电网漏电保护运行效果较差,特别是TN-C系统尚无合适漏电保护方法的问题,分析了不同接地方式下低压系统中单相漏电故障及负荷波动电气量变化特征,提出一种基于负荷电流闭锁的低压配电网漏电保护方法。该方法分别以剩余电流变化量越限和负荷电流变化量越限作为保护启动及闭锁条件,实现漏电故障与负荷波动的有效辨识,进而在两种工况下分别开放、闭锁保护,减少误动。所提方法可以克服分布电容电流和负荷波动的影响,具有较高的灵敏度和可靠性,适用于包含TN-C系统在内的不同低压系统。仿真及实验录波验证了所提方法的有效性。

配电网行波信号的获取方法研究

首先介绍在配电网中使用行波法进行故障测距的必要性,其次分析故障时产生的暂态电压行波特征,得到故障信号对于获取暂态行波信号互感器的要求,再次建立电流互感器和电压互感器的高频等效电路,得到其传递函数,进而分析电流互感器、电压互感器的行波传变特性。结合配电网线路结构使用基于图论的方法合理配置行波测距装置的安装位置,利用ATP进行仿真分析。最后以实际铁路线路为例进行MATLAB仿真,验证了整体方案的正确性。

孤岛运行微电网的同步定频电流控制原理与验证

现有的孤岛运行微电网的主从控制方法只适用于有大容量支撑电源的小型系统;对等控制方法存在产生功角与频率稳定问题,且不能很好地适应微电网运行条件。针对全逆变器微电网,提出逆变器利用卫星授时信号同步,产生相位相同、频率固定为工频的电流,采用I/U下垂控制实现有功与无功出力按照逆变器的容量比例进行分配;采用常规的无功补偿方法实现无功功率的就地补偿,降低逆变器的无功功率输出。通过数字仿真与物理试验,验证了所提方法的可行性与有效性。由于所有逆变器输出电流的频率与相位均相同,使得交流微电网的电压控制过程与直流微电网类似,避免了功角与频率稳定问题,控制方法简单、直接,功率分配合理。

灵活接地系统中配电网接地保护的适应性分析

目前,灵活接地(消弧线圈并联小电阻接地)系统的接地保护多沿用小电阻接地系统的定时限零序过电流保护,仍存在高阻接地故障时保护灵敏度不足等问题,应用已有的配电网高阻接地保护方法作为后备保护是较合理的解决方案。对灵活接地系统单相接地故障时并联小电阻投入前后各电气量特征进行了分析。首先给出了灵活接地系统中接地保护所面临的问题,进一步对定时限零序过电流保护、零序功率方向保护、反时限零序电流保护等配电网接地保护方法在灵活接地方式下的适应性进行分析,给出提高保护性能的思路。

灵活接地系统小电阻退出暂态特征及对暂态故障选线方法影响

灵活接地系统发生高阻接地故障时,中性点小电阻并联阶段保护往往拒动,仍需考虑小电阻退出时的暂态特征对已有暂态故障选线方法的影响。并联小电阻退出时伴随一定的暂态过渡过程,文中针对此过程建立灵活接地系统单相接地故障暂态等值电路。分析了并联小电阻退出时系统各暂态电气量特征、不同故障情况对暂态电气量幅值的影响、暂态零序电流与暂态零序电压的约束关系,明确并联小电阻退出后暂态量对暂态故障选线方法稳定性的影响。当灵活接地系统高阻接地故障小电阻退出时,产生的暂态电气量将导致暂态幅值比较法、暂态极性选线法、暂态功率方向法误动,但暂态零序电流投影法选线正确,仿真验证了分析结果的正确性。

配电网接地故障保护若干问题的探讨

中国各电网公司均提出要快速就近隔离配电网接地故障,以减少触电与大面积停电事故,然而对中压配电网的不同接地方式及其接地故障保护方法的优缺点还有较大的争议,还没有形成共识,不利于形成优化的接地故障处置方案。文中总结国内外经验,对比了不同接地方式及其接地故障保护方法的技术特点,指出接地方式会影响接地故障的检测标准与保护动作正确率的统计结果;分析了小电流接地系统改为低阻接地、消弧线圈并低阻接地以及采用主动干预消弧时存在的问题,介绍了暂态接地保护技术及其应用情况;针对不同类型的配电网,给出接地方式与接地保护方法选择的建议。

2017年国际供电会议学术动态——配电网故障保护与自愈控制

配电网故障保护与自愈控制是第24届国际供电会议(CIRED 2017)讨论的热点专题之一。文章按照小电流接地故障保护、短路故障检测与定位、保护装置与系统、有源配电网与微电网保护、故障自愈控制5个子专题,介绍了该专题的学术交流情况、国际发展动态以及由此获得的启示。

含同母线环路的配电网单相接地故障特征及选线

现有小电流接地故障选线方法均以辐射状线路为基础,特定情况时将出现同母线环路供电情况,接地故障特征将发生变化,已有选线方法需要重新审视。文中建立了含环路配电网单相接地故障复合网络,推导了环路两端出口稳态与暂态零序电流的分布特征,分析了已有选线方法的适应性。结果表明,环路接地时,随线路参数和故障位置不同,环路两端出口电气量并非始终表现为故障线路特征,已有稳态量和暂态量选线方法将可能出现误选与漏选。可通过增加备选线路条数并利用环路中一条出口线路切除前后其余各线路零序导纳的变化辨识故障线路或将环路两端出口零序电流之和参与选线比较的方法解决该问题。仿真与现场数据验证了故障特征的正确性及所提选线措施的有效性。

配电网短路电流计算端口补偿法的改进

针对现有不迭代端口补偿法计算误差大、迭代端口补偿法计算工作量大的问题,提出计及并联支路影响的端口补偿改进算法.充分利用配电网辐射状的结构特点,采用基于相分量的端口补偿法计算配电网故障,既提高了计算速度又保证了计算精度.通过算例对所述方法进行测试,并与传统算法的计算结果进行了对比分析,证明了本算法的可行性、有效性和优越性.

新型配电系统智能感知、分析与优化运行

随着“双碳”工作深入推进,电能在终端能源消费中的比重不断提升,用户对供电质量的要求日益提高,配电系统作为电力系统中直接面向用户的环节,对于保障供电的安全性与可靠性至关重要。然而大量的光伏、风电等分布式电源以及电动汽车、电力电子设备等接入配电系统,使用户与配电系统的关系日趋复杂,给配电系统的保护、控制与运行管理带来了严峻的挑战。新形势下,如何准确感知配电网状态,保障配电系统安全、可靠运行,提升运行经济性,促进间歇性可再生能源的就地消纳,值得广泛关注与深入研究。《全球能源互联网》编辑部密切关注研究前沿,邀请我们担任特约主编,共同策划本专题,与读者共同探讨新型配电系统学术研究与工程应用方面的最新进展。

一种相间耦合型短磁路开关磁阻电机的研究

提出一种相间耦合型多相短磁路开关磁阻电机,电机转子为铸铝加硅钢片的组合,确保磁通按短磁路闭合,可以提高功率密度,降低铁耗和制造成本,减轻重量,提高散热能力。分析了电机的结构特点,以五相10/8极开关磁阻电机为例,使用有限元法对电机主要性能进行仿真验证,分析了径向力波的谐波成份,并与普通结构开关磁阻电机进行对比,结果表明新型短磁路多相开关磁阻电机在低速或高速运行时均明显提升了平均转矩、功率密度、效率等性能,为高功率密度、高效率电机的设计提供了新思路,具有重要的理论和实用价值。

基于零序导纳变化的跨线异名相两点相继接地故障检测

小电流接地系统中普通单相接地的故障检测技术已逐渐成熟,但一些特殊的接地故障的特征与检测方法仍需深入研究。文中针对不接地系统与谐振接地系统发生的跨线异名相两点相继接地故障,建立了等值电路模型,分析了后发接地故障前后故障路径与非故障路径的电气量特征。分析发现非故障路径零序导纳始终不变,而在两个接地点过渡电阻均小于3000Ω的条件下,故障路径零序导纳的模值或相角至少有一项存在明显差异。基于此,提出了基于零序导纳变化的小电流接地系统跨线异名相两点相继接地时后发故障检测方法,可进一步实现后发故障选线与定位。基于数字仿真和实际故障数据验证了故障特征分析的正确性与检测方法的可行性。

不接地系统异名相两点接地故障工频电气量及其对选线的影响分析

中性点不接地系统异名相两点接地且至少一个故障点过渡电阻较大时,故障电流较小出线保护不能直接切除,仍需依赖接地故障选线装置实现保护。根据故障边界条件建立不接地系统异名相两点接地故障复合序网,利用节点阻抗矩阵分别推导出两个接地点故障电流、系统零序电压等工频电气量随两个接地点过渡电阻的变化规律,并进一步分析了其对现有选线技术的影响。结果表明,异名相两点高阻接地时工频电气量总体特征与传统小电流接地故障特征相近,零序电压一般介于两个故障点单独接地时的零序电压之间,其中两个故障线路出口的零序电流既不符合故障线路特征也不符合健全线路特征,已有稳态选线原理并不完全适用。最后,利用数字仿真和现场数据验证了理论分析的正确性。

跨线相继接地故障暂态特征与暂态选线方法适用性

目前,针对小电流接地系统单相接地故障特征的理论分析已经成熟,但对两点相继接地故障暂态特征的研究较少,其与普通单相接地故障的暂态电气量差异以及已有暂态选线方法的适用性尚不明确。针对小电流接地系统跨线同名相和异名相两点相继接地故障暂态特征问题,建立了后发低阻接地故障暂态等值电路,对故障线路暂态特征进行理论分析并与其单独接地时暂态电气量进行了比较,得到了故障线路暂态特征随不同故障条件(过渡电阻、线路电感、系统对地电容、后发故障相)的变化规律,证明了部分暂态选线方法不再适用于后发接地故障并提出了基于连续检测的选线方法。最后,通过数字仿真和现场数据验证了文中分析结果的正确性。

现代配电网继电保护技术及其发展

随着供电安全性与可靠性要求的提高以及分布式电源(distributed electric resource,DER)的大规模接入,配电网继电保护成为一个热门研究领域。综述了中压配电网保护的发展历程、技术现状与亟待解决的问题。针对相间短路保护优化提升的需求,介绍了兼顾动作快速性与选择性的电流保护方案;提出基于短路电流边界值评估DER对保护的影响,给出了DER高度渗透配电网电流保护拒动与误动问题的解决方案。分析了防止触电与电气火灾事故对接地故障保护提出的新要求,介绍了小电流接地故障暂态方向保护技术及其应用情况,提出了基于零序电流与故障相电压同步变化关系的小电阻接地系统高阻接地保护新方法。指出电压/频率原理防孤岛保护难以兼顾DER在配电网故障时快速解列与大电网扰动时穿越运行的要求,为此提出了故障量加速防孤岛保护方案;建议研发信号协同注入法等新型防孤岛保护技术,以彻底解决电压/频率保护存在动作死区以及在大电网扰动时误动的问题。

同杆并架双回线小电流接地故障特征及选线适应性分析

针对为缓解供电走廊紧张与用电需求增大的矛盾,大量单回线改造成同杆并架双回线对小电流接地故障暂稳态特征和已有选线方法适应性的影响尚未明确的问题,提出一种新的相模变换方法。建立同杆并架双回线小电流接地故障等值电路,分析线间耦合对小电流接地故障暂态与稳态特征的影响,以及当前选线方法和装置的适应性。结果表明,线间耦合不影响各出线间零模电流幅值和相位(极性)关系,已有选线方法仍然适用;线间耦合会使故障暂态电流的主谐振频率和衰减因子的分布范围增大,故选线装置的采样频率和所采用暂态信号频段范围都要适当增大。通过仿真验证了上述结果的正确性。

基于故障相电压极化量的谐振接地系统高阻故障方向检测方法

针对谐振接地系统高阻接地故障的发生概率大、零序电压检测难度高的问题,提出了基于故障相电压极化量的谐振接地系统高阻故障方向检测方法。利用谐振接地系统高阻故障等值电路,分析了故障暂态时间内故障相电压分别与故障上、下游线路零序电流的极性关系,发现故障相电压与故障上游线路零序电流波形相似程度较高,与下游线路零序电流波形相似程度较低。据此,可以将故障相电压作为极化量,通过分析故障暂态时间内线路检测点所测零序电流与故障相电压的相似程度来进行故障方向检测。相较于以往的故障检测方法,所述方法提高了谐振接地系统高阻接地故障检测的可靠性。数字仿真与现场人工试验验证了该方法的可行性。

不接地系统单相断线故障电压分析

随着架空绝缘导线的普及,断线故障已成为配电网常见故障之一。该文以不接地系统为对象,建立单相断线故障模型,综合考虑故障类型(断线不接地、断线并电源侧/负荷侧接地)、故障线路对地电容占比、断线位置、负载阻抗大小和坠地点接地电阻大小等影响因素,分析地电位与中性点(零序)电压偏移规律,进一步推导断口前后三相电压和线电压的幅值、相位以及相序变化特征,并与不接地系统单纯小电流接地故障的电气特征进行对比,利用数字仿真验证了分析结果的正确性。该文结果可为利用电压信号的配电网断线故障检测及定位方法研究提供理论依据。

基于热稳定原理的中性点小电阻接地系统间歇接地故障保护

受环境因素及电弧自身燃、熄弧特性影响,间歇接地故障燃弧持续时间常小于保护动作时限,传统接地故障保护难以有效动作。分析小电阻接地系统接地故障特征,并比较出线与中性点零序电流关系,基于接地电阻器在故障期间发热、故障消失后散热的热稳定原理,提出一种中性点小电阻接地系统间歇接地故障保护方法。该方法利用零序电流构造故障期间的发热特征能量,利用热量差构造故障消失后的散热特征能量,发热特征能量越限后保护动作。经仿真与现场录波数据验证可知,该方法不易受故障间隔时间与过渡电阻影响,可作为现有中性点小电阻接地系统的出线后备保护,提高系统运行可靠性。

配电网防孤岛保护技术与发展

分布式电源(distributed energy resources,DER)的大规模接入,给配电网防孤岛保护提出了新挑战。现有反应电压/频率变化的防孤岛保护难以兼顾故障时快速解列DER与系统扰动时不误动的要求,且存在动作死区,亟待予以解决。介绍防孤岛保护的作用、国内外主要的防孤岛保护方法及其优缺点,总结分析防孤岛保护技术应用现状与存在的问题,就防孤岛保护技术在工程应用中需要解决的问题及其新的研发方向提出了建议。