基于剩余电流和不平衡电流突变向量比的TN-C-S系统漏电故障检测方法

TN-C-S系统在我国应用广泛,但由于固有剩余电流大,无法区分负荷投切和故障引起的剩余电流变化,漏电总保和中保无法投运,存在安全隐患。针对该问题,提出一种基于剩余电流和不平衡电流突变量之比的漏电故障保护方法。首先,分析剩余电流回路,剩余电流和不平衡电流突变量之比在单相接地故障发生时刻突变,在负荷投切时不变。其次,基于中性线阻抗和接地阻抗不会发生突变的特征,计算故障电流突变量幅值,以故障电流突变量幅值越限作为故障判别依据,实现漏电故障检测。仿真及试验证明,所提方法可有效区分负荷投切和漏电故障,实现大幅值固有剩余电流下的漏电故障检测,在单支路和多支路系统中的检测灵敏度分别为70、150 mA,满足TN-C-S系统多级漏电保护的灵敏度要求。

配合防孤岛保护的配电网时限自适应重合闸方法

有源配电网重合闸之前分布式能源必须脱网,但实际中很多变电站内未安装线路侧电压互感器,导致检无压重合闸方案无法实施。文中提出一种与分布式电源防孤岛保护相配合的时限自适应重合闸方法,通过保护跳闸前的系统侧母线电压来推断线路接入的分布式电源防孤岛保护动作时间,自动调整配电线路重合闸的动作时间,实现重合闸与防孤岛保护的时序配合。所提方法不需要安装线路侧电压互感器,不依赖于通信网络,考虑分布式电源低电压穿越要求的同时实现配电线路的快速重合闸,为电力系统运行的稳定性与供电可靠性提供支撑。仿真及实验结果均验证了该方法的有效性。

基于动态诚信因子的主从博弈抑制微电网虚假信息交易研究

为了解决微电网群内交互信息中存在的虚假信息问题,在考虑微电网(Microgrid,MG)诚信行为的基础上,文章提出了一种基于动态诚信因子的主从博弈电能交易机制。首先,以MG上报电量与实际交易电量为基准,建立奖惩机制,通过动态调整诚信因子来调节交易电价。其次,构建了一个以微电网群运营商(Microgrid Cluster Operator,MGCO)为领导、MG为跟随者的主从博弈模型。上层模型以最小化微电网群整体功率波动为目标,通过建立交易定价的合约机制,有针对性地调节群内交易电价;下层模型以MG运行费用最小为目标,根据群内交易电价动态调整自身购售电需求量,实现电能优化。最后,通过算例分析验证了该交易机制能够有效抑制微电网群内人为上报虚假信息的行为。

电压电流能量信息融合的低压交流电弧故障检测

针对串联电弧故障检测判据选择难、阈值设置难的问题,本文在传统基于电流检测方法的基础上融合使用电压信息,提出了一种电压电流能量信息融合的交流电弧故障检测方法。以分析开关电源和非开关电源类负荷下的各自故障特征为基础,提出了利用电压半波总能量的开关电源类电弧故障直接判定方法,并融合使用电压电流特征能量波形相关性实现故障线路的选择;提出了基于敏感域电压电流最大瞬时特征能量相位匹配的适用于非开关电源类负荷下的故障检测方法,以特征能量相位信息构建判据,克服了传统检测方法的阈值设定困难问题。本文检测方法判据虽利用了负荷分类思想,但由于开关电源类负荷下的故障检测可利用电压半波总能量幅值实现故障直接判定,因此实际应用中无需辨识负荷类型。相较传统利用电流特征的检测方法,本文方法具有判据简单、易于阈值设定的优势。试验结果表明,本文方法可有效用于多种类型负荷的电弧故障检测,检测时间满足相关标准规定。

含高比例分布式电源配电网分布式供电恢复方法

针对高比例分布式电源(DG)接入配电网,现有供电恢复方法未充分考虑DG故障穿越特性。文中提出了基于分布式控制的配电网多阶段供电恢复方法,以充分利用DG的电网支撑能力。分析了DG故障穿越特性及其电网支撑能力,并基于高比例DG接入后配电网不同运行方式,提出了负荷容量估算方法和DG分类处理策略。建立了分布式控制的供电恢复模型,并基于联络线路容量裕度指标提出多联络路径选择策略。最后,提出了适应高比例DG接入配电网的多阶段供电恢复方案。所提方法可以更好地发挥DG支撑作用,提高快速供电恢复能力。仿真算例验证了所提方法的有效性。

基于柔性调控零序电压的不平衡配电网故障检测方法

在柔性消弧过程中实现故障选线、过渡电阻测量与故障性质判定对现有配电网单相接地故障检测具有重要意义。针对配电网三相对地参数不对称的柔性接地系统,首先分析不平衡零序电压对消弧效果的影响,提出柔性消弧全补偿电流的计算方法。然后分析正常运行状态下和单相接地故障状态下注入电流和母线零序电压之间的约束关系。结果表明:无论系统处于何种状态,均可通过改变注入电流来柔性调控母线零序电压,进而调控各线路零序电流。并根据柔性调控零序电压前后各线路零序电流的变化规律,提出一种可实现故障选线、过渡电阻测量和故障性质判定的故障检测方法。Matlab/Simulink仿真验证了该方法的有效性和准确性。

计及拓扑结构变化的分布式自适应电流保护方法

针对配电网络重构、线路拓扑关系发生变化导致保护误动或拒动的问题,提出一种自适应电流保护方法,该方法由智能终端实时获取配电线路的拓扑关系,自适应调整保护定值,实现自适应保护和故障自愈功能。该方法可减少配置维护工作量,提高配电网的可靠性。为了实现互操作性,建立了基于IEC 61850标准的分布式自适应电流保护相关的逻辑节点,构建了分布式自适应电流保护应用的信息模型,以期能为现场应用提供一定的参考。

基于故障相电压与零序电流相位比较的中性点不接地系统高阻接地故障保护方法

为降低电力线路故障引发森林火灾的风险,中压配电网接地保护须可靠检测过渡电阻为12kΩ的接地故障。穿越林区的10 kV中压配电系统主要采用中性点不接地方式,现有保护方法依赖零序电压检测故障方向,耐过渡电阻能力不超过6 kΩ,无法满足防治森林火灾的要求。为此,提出了一种基于相电压与零序电流相位比较的中性点不接地系统高阻接地故障保护方法,作为高阻接地故障的后备保护。通过中性点不接地系统高阻接地故障等值电路分析,发现在现有保护的动作死区内,故障相电压与故障线路零序电流近似同相,与健全线路零序电流近似反相的规律,使用故障相电压作为极化量,构造了通过故障相电压与零序电流的相位关系来判断故障方向的高阻接地故障保护方法。相较于现有保护方法,所提方法的耐过渡电阻能力从6 kΩ提升至12 kΩ。所提方法能可靠检测导线触树故障,将保护能力边界提升至防范森林火灾的安全范围内。数字仿真与现场人工试验均验证了所提方法的有效性。

基于容量边界值的高比例逆变型分布式电源配电网三级保护适用性分析

高比例逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed energy resources,IIDERs)的接入改变了配电网的短路电流特征,使得原有的电流保护方案可能会拒动或误动。为定量评估分布式电源接入对配电网保护的影响,以配电线路三级保护为例,建立了考虑三级保护、电压质量、渗透率及单点并网容量为约束的分布式电源最大接入容量计算模型。通过自适应粒子群(adaptive particle swarm optimization,APSO)算法求解得到满足三级保护等约束的IIDER接入容量边界,为有源配电网保护的配置与调整提供参考。通过PSCAD搭建模型进行了仿真,结果表明,在接入IIDER不超过所求出的容量边界时,各级保护均能正确动作,各点电压均不越限,验证了所提算法的有效性。

基于低频扰动的多分布式电源孤岛检测方法

针对被动法检测盲区较大和主动法易产生稀释效应的问题,提出基于主、被动结合的多分布式电源(distributed generation,DG)孤岛检测方法。首先,该方法利用有源电力滤波器(active power filter,APF)实现无功功率扰动,即通过扰动APF的q轴参数来控制其输出频率为2 Hz的无功功率,以扰动孤岛频率周期性波动。然后,利用小波分解和小波重构算法提取频率信号中的低频分量。最后,利用快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)算法计算2 Hz低频分量的幅值并判断是否越限,以实现多DG孤岛检测。Matlab/Simulink建模仿真结果表明:该方法能够有效地避免稀释效应,实现多DG孤岛检测。

低压配电网电弧故障电压差分检测方法

串联电弧故障电流大小与负荷电流相仿、电流波形与非线性负荷电流区分困难。相比之下,电弧电压特征受负荷类型影响较小,因此通过识别电弧电压更易建立统一故障检测判据。在分析电弧电压及上下游监测点电压特征的基础上,针对线路压降与故障电弧电压的辨识,提出了基于差分电压3、5、7谐波参数相似性测度的串联电弧故障识别方法;针对异步差分检测提出了基于相位信息的差分电压获取方法,该方法以下游监测点畸变系数越限作为检测启动条件,以双端监测点电压各周波的工频相位同步为依据以消除异步采样带来的误差。异步差分检测方法对监测设备无同步采样要求,对数据传输时延要求低,是一种电力物联网技术背景下的全新检测方法。仿真和实测结果表明,该方法可有效实现低压线路的串联电弧故障检测。

基于电压特征能量的低压交流串联电弧故障检测方法

串联电弧故障电流波形受负荷类型影响较大,利用电流特征构建通用故障判据难度较大。为识别故障点电弧电压,提出了一种基于电压特征能量的串联电弧故障检测方法。首先,通过分析故障点电弧电压及监测点故障电压特征规律,对故障信息的特征频带选择进行了论证。然后,以不同负荷下的电弧电压波形特征归类为依据,提出了基于电压特征频带全域能量幅值和敏感相位域能量相位信息的故障检测方法。最后,利用全域总能量幅值和敏感域能量相位映射统计比实现了综合故障检测策略的构建。试验结果表明,所提方法在不同线路参数和测试负荷下的故障检测准确率超过了98%且无误检发生,验证了其有效性。

零序电流互感器误差对小电流高阻接地保护影响及选型

配电网高阻接地故障电流微弱,零序电流互感器测量精度直接影响着接地保护耐过渡电阻的能力。分析了小电流接地系统接地保护对零序电流互感器测量精度的要求。根据等效电路与互感器电磁参数,分析了电流互感器测量误差与一次电流的关系,通过试验对理论分析结果进行验证,并比较了11种不同型号零序电流互感器对于弱电流信号的测量精度。根据零序电流互感器测量误差以及高阻接地故障零序电流,分析了零序电流互感器测量误差对接地保护耐过渡电阻能力的影响。最后,给出了零序电流互感器选型的指导意见,介绍了提高其测量精度与保护耐过渡电阻能力的措施。

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。

预防电缆沟起火的小电流接地系统单相接地故障处理

为避免小电流接地系统单相接地故障引发的电缆沟起火事故,采用火灾动态仿真分析方法得到了接地故障电弧导致电缆沟引燃的时间与空间阈值。在此基础上阐述了预防电缆沟起火的综合治理措施。论述了兼具相控消弧线圈和预调式消弧线圈优点的相控预调式消弧线圈的实现方式及其实验测试数据。阐述了跨线相继接地故障的处理方法,包含以暂态量法为主的连续检测过程及以稳态量法为主的增补处理过程。给出了单相接地保护跳闸延时的整定依据及间断性接地故障的处理方法。针对城区和郊区配电线路分别论述了集中智能容错单相接地故障处理方法和基于合闸速断的分布智能单相接地故障处理方法。介绍了在陕西全省172座110 kV变电站供电区域范围内配电网的整体应用成效,表明所论述的技术措施的有效性。

低压配电网剩余电流分析等值电路与计算方法

现有低压配电网剩余电流分析等值电路与计算方法未考虑TN-C、TN-C-S系统,难以满足区分接地故障和负荷投切等需求。为此,提出一种适用于多种接地型式低压配电网的建模计算方法。针对不同接地型式的回路方程,提出一种4阶相模变换矩阵,得到独立的1模、2模和存在耦合的0模、N线模,将0模与N线模的互阻抗进行调整和转移,得到剩余电流模网络;根据接地故障和负荷投切的边界条件,建立了剩余电流分析等值电路,并推导出电气量的计算公式。仿真及试验结果表明,所提方法适用性强、计算精度高,为研究接地故障保护技术提供了理论分析基础。

含高密度分布式电源的配电网故障分析关键问题

未来配电网的架构将具备分布式电源高密度接入、交直流混联等显著特点,配电网故障分析将面临新的挑战,高密度分布式电源及大量电力电子设备的接入,使得故障响应呈现非线性时空关联特性,交直流系统故障响应交互影响进一步加大了故障分析的难度。文中对配电网故障分析的研究现状进行了总结,进一步指出高密度分布式电源的时空关联特性解析与解耦建模、交直流配电系统的等效建模以及高效收敛的计算方法是未来配电网故障分析亟待探索的关键问题。

柔性直流配电系统稳定性及其控制关键问题

柔性直流配电系统大多采用电力电子设备与交流系统互联、接纳分布式电源与负荷,呈低惯性弱阻尼特性,同时分布式电源与负荷的随机性波动致使运行具有时变特性,易产生不同频率的振荡甚至失稳现象。文中总结了柔性直流配电系统稳定性分析及控制方面遇到的挑战,指出其多时间尺度与随机特性是技术上面临的主要难题。通过总结建模、振荡机理与稳定性分析以及稳定控制方面的研究现状,展望了未来在多时间尺度建模与振荡机理、随机扰动稳定性分析以及时变场景鲁棒稳定控制方面的关键问题,为柔性直流配电系统的稳定性研究提供思路。

多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析

多端柔性直流配电系统能更好地满足未来城市配电系统发展需求,其灵活的运行方式也给控制系统带来了新的挑战。针对换流器的不同下垂控制特性,理论分析了控制系统的超调量、阻尼比等动态性能,讨论了下垂系数对换流器功率输出动态特性的影响,进行了小扰动稳定分析。基于DIgSILENT仿真软件搭建了改进的IEEE 33节点算例,理论分析与仿真结果表明,I_(dc)-U_(dc)与Q-U_(ac)下垂控制相对其他下垂策略具有较好的动态特性以及较高的安全稳定裕度,更适合应用于多端互联的柔性直流配电系统。

多端柔性直流配电系统主从控制模式下的稳定性与优化控制

多端柔性直流配电系统是配电系统的一个重要发展趋势,其可有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。主要研究了主从控制模式下多端柔性直流配电系统运行时的稳定性问题。建立了基于动态导纳的小扰动稳定分析模型,研究了直流负荷、直流线路参数和多端互联等影响因素变化时系统出现的不稳定现象,提出了基于带通滤波的前馈补偿定直流电压控制方法,并对补偿前、后的系统稳定性进行了分析比较,通过改进的IEEE 33节点配电系统进行时域仿真测试,仿真结果表明了所提方法能够有效地提高系统阻尼与稳定性。