高压设备数字孪生体构建及状态分析技术研究

针对目前高压电力设备存在的设备感知可靠性差、评估准确性低的问题,提出高压设备数字孪生体系构建技术及基于数字孪生的高压设备状态评估方法。文中在数字孪生技术框架基础上提出了基于特征匹配的设备数字孪生几何体构建技术与基于语义匹配的数字孪生体数据嵌入方法,能够实现高压设备数字孪生体的快速构建。根据高压设备数字孪生体可融合多维度多时间尺度的数据的特点,提出了基于谱图的设备状态分析技术及设备风险评估矩阵构建技术方法,实现高压设备的故障诊断和风险评估。最后进行了数字孪生体构建及状态评估技术的验证,结果表明提出的方法能够快速构建高压设备的数字孪生体并能够很好地完成设备的状态分析评估,为设备智能运维提供支撑。

基于GOOSE网络的智能变电站变压器纵差保护方案

变压器纵差保护启动电流需要躲过正常运行时的不平衡电流,而不平衡电流主要由变压器有载调压分接开关挡位调节引起。当有载调压分接开关挡位调节范围大时,变压器纵差保护启动电流定值整定较高,影响了差动保护的灵敏度。文中提出通过智能变电站通用面向对象变电站事件(GOOSE)网络获取变压器调压分接开关的挡位信息,再根据调压分接开关的实际挡位自动调整纵差保护的平衡系数,消除变压器正常运行时挡位调节引起的不平衡电流。同时提出基于GOOSE网络的纵差保护整定方法,降低差动保护的启动电流和比率制动系数,并对纵差保护的动作特性进行了分析改进。实验结果表明,方案可提高变压器纵差保护的灵敏性及速动性。

基于改进不变矩的发电机组轴心轨迹识别

在发电机组状态检修系统中,转轴轴心轨迹是诊断机组状态的一个重要特征。Hu氏不变矩是图形图像识别中的重要工具。详细分析了离散状态下的Hu氏不变矩应用的局限性,提出了改进方法,并对发电机组发生故障时几类典型轴心轨迹的自动识别进行了仿真试验,结果表明该方法有效、简单可行。

基于电压回升比的混合直流线路主保护新原理

由于混合直流输电系统电网换相换流器--模块化多电平换流器(line commuted converter-modular multilevel converter,LCC-MMC)存在弱边界特性,电网换相换流器(line commuted converter,LCC)侧耐受过渡电阻能力较弱,导致现有的高压直流线路行波保护原理适应性不足。在定量分析直流线路边界特性和故障特征的基础上,针对LCC侧线模电压首行波波头的“尖峰-回落”特征,构建了基于线模首行波电压回升比的主保护新原理。通过计算保护时窗内电压跌落值和回升值之比判别故障区域,并提出了消除保护死区和识别雷击干扰的辅助判据。仿真结果表明,所提方案能在100μs内实现故障选区,且对采样率、对侧电抗器数值、过渡电阻和雷击干扰等具有较好的鲁棒性,较现有行波保护原理具有明显的性能提升。

基于分形的水轮发电机组振动研究

在水轮发电机组状态检修系统中,振动信号为故障诊断提供了丰富的信息。实际的振动波形表明,机组的振动信号具有非平稳性,其波形具有分形特征。通过对不同振动故障类型的分形特性研究和分形维数的计算,结果表明分形维数与故障类型之间存在某种对应关系。用分形的方法处理机组的振动信号的方法是有效、简单和可行的。

注入式高压隔离开关刀闸状态在线监测系统研究

本文提出一种注入式高压隔离开关刀闸状态在线监测系统,通过电压互感器开口三角绕组,将外加电源信号注入高压隔离开关刀闸监视回路,在线监视高压隔离开关刀闸的状态。本方法能够可靠监测轻载、空载、重载线路高压隔离开关刀闸的运行状态。同时还具有监测精度高、速度快、持续工作能力强等优点,可以方便、快捷、可靠地监测开关刀闸运行状态,很好地满足系统对开关刀闸运行状态监视的需求。

基于SVD的水电机组轴心轨迹自动识别

在水电机组状态检修系统中,轴心轨迹是诊断机组状态的一个重要特征。文中采用矩阵的奇异值分解(SVD)方法,利用奇异特征值作为特征向量,采取最邻近法对水轮发电机组轴心轨迹的自动识别进行了研究。介绍了方法的原理,并对几类典型的轴心轨迹的自动识别进行了仿真实验,结果表明该方法是有效、简单和可行的。

新一代智能变电站继电保护故障可视化分析方案

阐述了新一代智能变电站中继电保护故障记录信息流方案,指出了继电保护故障可视化分析的应用方式。分析了电力系统图形描述规范(G语言)表达图形的方法,并对继电保护逻辑图进行了研究和抽象。在此基础上,提出一种应用G语言表达继电保护逻辑图的方法,并进一步提出了继电保护故障可视化分析的整套方案。该方案中,继电保护装置采用G语言对其保护逻辑图进行自描述,后台服务器采用通用的G语言解析工具对继电保护装置的逻辑图形文件进行解析和可视化回放分析。该方案解决了不同厂家设备间的兼容性和互操作性问题,以及保护逻辑图与保护程序不匹配的问题,具有软件处理简单、通用性强、可靠性高、易于实现的优点。

不同电流互感器混用对线路差动保护的影响及对策的研究

分析了电磁式电流互感器和电子式电流互感器暂态特性的差异,提出了采用差分虚拟制动CT饱和开放的办法来解决不同互感器混用时线路光纤差动保护饱和误开放的问题。该方法能够有效解决因暂态传递特性不一致引起的饱和误开放问题。此外由于电子互感器二次时间常数与常规互感器有较大差异,导致在故障切除后电子互感器侧电流拖尾,会造成开关跳开后线路保护仍计算有差流,同时保护各侧电流互感器的二次电流衰减时间常数不一致也存在导致差动保护在区外故障电流切除时误动作。提出使用全周差分傅氏计算保护跳开相的电流,以避免造成线路保护跳令不能及时收回导致误启动失灵以及区外故障切除引起差动误动的问题。

就地化分布式变压器保护方案研究

提出了一种适合就地化变压器保护的有主分布式环形网络及其同步方案,按断路器配置保护子机,变压器本体子机兼作保护主机,直接采用常规采样、常规跳闸模式,对外连接全部采用预制的航空插头。主变本体子机利用IEEE 1588网络对时协议实现各侧子机模拟量的同步采集,各侧子机采样数据发送到主变本体子机,由主变本体子机完成全部保护及MMS通信等功能。保护动作后,主变本体子机发出GOOSE跳闸命令,各侧子机收到GOOSE命令后跳开本侧开关。此方案可以使110 k V及以上电压等级变电站所有保护装置满足就地化安装的要求,取消保护小室,减少新建变电站占地面积。

母线差动保护区外转区内故障再动作判据

文中根据故障时母线差动保护制动电流突变大的特点提出了保护启动判别方案,在启动之后保护连续判断3个差流采样点的幅值是否变化的特征,确定故障是区内故障或区外故障。判为区内故障时,开放差动保护,判为区外故障时,闭锁差动保护。考虑到由区外故障转换为区内故障时差动保护能够可靠动作,保护判为区外故障后需要投入差动保护的再动作判别;提出了2种基于差动电流采样值的差动保护区外转区内故障再动作方案。一种是基于差动电流采样值的再动作方案;另一种是将差动电流采样值差分处理后的差分再动作方案。

一种应用于第三代智能变电站主设备就地模块的研究及开发

为解决智能变电站"三层两网"系统架构中过程层产品数量多,影响大,配置复杂及出现故障影响范围广等问题,对当前的智能变电站"三层两网"的架构进行分析,给出了第三代智能变电站的"两层一网"的系统架构设计。结合"两层一网"对过程层主设备就地模块关键技术进行研究,提出了一种基于"两层一网"系统架构下的第三代智能变电站的主设备就地模块设计方案,方案中的主设备就地模块替代了原过程层的合并单元、智能终端,同一次设备同体安装就地化设计。同时给出主设备就地模块的免配置方案、环网物理链路监视、多路SV级联数据自动切换等关键技术及其软硬件架构设计。经权威机构检测,完全满足IEC 61850标准,功能简单,性能优良,可靠性高,实现了一次设备智能化,减轻了运维负担,提高系统的可靠性,有广泛推广的现实意义。

基于关联变电站信息的断路器失灵保护技术研究

阐述了目前断路器失灵保护的基本原理,分析了影响失灵保护动作延时的主要因素。提出了一种基于关联变电站信息的断路器失灵保护及死区保护技术方案。该方案利用与失灵断路器相邻的非故障区域断路器CT构成电流差动保护判据,满足动作条件后跳开与失灵断路器相邻的断路器,实现故障的清除。该方案不受CT拖尾和饱和的影响,大幅缩短了失灵保护动作时间,并且可实现免整定。工程实施采用主子机方式的可扩展架构设计,工程配置灵活。同时保护采样同步不依赖外部对时信号,可靠性高,易于实现,有广泛推广的现实意义。

一种变压器保护采样可靠性及涌流识别方案的研究

为解决智能电网运行中因采样数据异常及变压器励磁涌流不能正确识别导致的变压器保护动作可靠性不高的问题,提出一种变压器保护采样可靠性及涌流识别的研究方案。对于采样数据异常问题,提出一种利用两路AD采样数据实时相互校验并共同把关保护逻辑出口的方案。同时针对涌流识别问题,提出一种差流谐波互闭锁+空投时按相综合谐波开放及恢复性涌流时按相差流二次谐波低"三取二"的方案。通过实验仿真,验证了涌流识别方案的有效性。

基于电感特征的并联电抗器匝间短路故障识别方法

电抗器绕组匝间短路或铁芯饱和时自身电感值会发生变化。实时计算出电抗器绕组电感值,将提高匝间短路故障识别的准确性。通过推导电抗器模型回路方程得到了匝间短路时电感值与电压、电流及短路电流之间的映射关系,提出了基于最小二乘法的电感值时域计算方法。针对匝间短路故障识别问题,研究分析了匝间短路故障及铁芯饱和时绕组电感及电感变化率值的不同收敛特征,提出了基于电感特征的并联电抗器匝间短路故障识别方法,并配合零序电流综合谐波及相电流特征共同识别电抗器饱和。所提方法不仅没有改变现有匝间短路保护基本原理,而且适用性强、可靠性高。

用受控有色Petri网解决水力机组组合中时间约束问题的研究

提出一种应用于解决水力机组组合中时间约束问题的受控有色Petri网模型.该模型能够直观地表达水力机组的启/停状况,并输出计算流量费用的开关量,将机组组合算法中面临开/停新机组时的约束判定和流量损失计算单独处理,为解决考虑时间约束的机组组合问题提供了新的辅助方法.

有限集中式就地化母线保护方案

结合母线保护跨间隔的特点,提出了由基础保护系统加若干个扩展保护系统构成的有限集中分布式就地化母线保护方案。分别介绍了基础保护系统和扩展保护系统的功能,结合典型工程设计论证了每个保护系统的最优接入间隔个数,阐述了基础保护系统和扩展保护系统之间的通信方式及报文传输机制,提出了基于秒脉冲同步信号的采样同步原理,设计了基于标准端口定义的即插即用型航插的输入输出接口,给出了装置的站控层通信接口定义、过程层接口定义、装置的外观图及航插示意图,最后列举了有限集中分布式就地化母线保护的工程配置方案。

特高压输电线路保护故障测距的应用研究

皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中采用双回线同杆并架工程方案。同杆并架双回线由于存在线间互感,导致线路保护中阶段式距离保护在阻抗测量方面存在问题,实际应用中可采用缩短保护范围的定值整定方法。但基于单回线测量阻抗原理的常规输电线路故障测距同样受互感的影响,特高压输电线路在故障时非常严重的暂态过程会给故障测距带来较大误差。建模仿真分析了线间互感及特高压输电线路的暂态过程对常规故障测距的影响,提出采用基于负序故障分量的分布参数双端测距原理的总体实现方案,从工程应用的角度出发测距方案采用单回线的信息,方案考虑特高压输电线路故障特征及满足故障测距原理的需要,提出基于"海明窗"级联式数字滤波器的故障测距算法,通过RTDS/Matlab建立皖电东送特高压输电线路仿真模型。仿真结果表明,所提出的测距方案不受同杆互感的影响、不受过渡电阻的影响,有效克服了特高压输电线路故障时暂态过程对测距算法的影响。

风电场送出线等传变距离保护

分析了具备低电压穿越(LVRT)能力的双馈式风电场送出线路故障暂态特性。风电送出线路风场侧保护测得的电压与电流主要频率分量不一致,致使传统的依据工频电压、电流相量的距离保护元件动作性能受到严重影响,无法正常工作。基于输电线路时域模型的解微分方程算法不涉及信号的频域信息,可以克服送出线电压、电流主频不同带来的影响,但受高频分量的影响较大。等传变距离保护相较传统的解微分方程算法,增加了低通滤波及故障点电压重构两个环节,显著改善了算法的测距性能。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,线路不同位置处发生不同类型故障时,等传变距离保护算法均可以实现快速、准确测距。

新一代智能变电站SV直采和GOOSE共口传输方案研究

阐述了SV采用点对点直采方式的收发处理方案和GOOSE的传输机制,分析了SV和GOOSE的通信模型和报文结构。在此基础上,提出一种SV直采和GOOSE共口传输的方法,过程层设备对传输通道进行时分复用,在SV报文传输的空闲时间完成GOOSE报文的发送;间隔层设备利用以太网控制器的接收机制并采用FPGA对其直接控制,解决了通用型以太网控制器无法区分SV和GOOSE报文导致的重采样时标混乱的问题。从理论分析和实际应用可知,该方案不涉及硬件改动、软件处理简单、可靠性高、易于实现,有着广泛推广的现实意义。