Analysis on the fault characteristics of three-phase short-circuit for half-wavelength AC transmission lines

Half-wavelength AC transmission(HWACT) is an ultra-long distance AC transmission technology, whose electrical distance is close to half-wavelength at the system power frequency. It is very important for the construction and operation of HWACT to analyze its fault features and corresponding protection technology. In this paper, the steady-state voltage and current characteristics of the bus bar and fault point and the steady-state overvoltage distribution along the line will be analyzed when a three-phase symmetrical short-circuit fault occurs on an HWACT line. On this basis, the threephase fault characteristics for longer transmission lines are also studied.

Short-circuit fault analysis and isolation strategy for matrix converters

The behavior of matrix converter(MC) drive systems under the condition of MC short-circuit faults is comprehensively investigated. Two isolation strategies using semiconductors and high speed fuses(HSFs) for MC short-circuit faults are examined and their performances are compared. The behavior of MC drive systems during the fuse action time under different operating conditions is explored. The feasibility of fault-tolerant operation during the fuse action time is also studied. The basic selection laws for the HSFs and the requirements for the passive components of the MC drive system from the point view of short-circuit faults are also discussed. Simulation results are used to demonstrate the feasibility of the proposed isolation strategies.

fault500 kV变电站35 kV串联电抗器故障分析及建议

某500kV变电站主变35kV侧发生一起电容器组串联电抗器短路故障,通过对事故现场检查,结合故障录波器记录,对本次事故发生的过程进行了分析并得出结论。针对本次故障暴露出的问题,从串联电抗器安装位置、在线监测等方面提出了事故防范措施,对于变电站电容器组安全运行具有一定参考价值。

Short-circuit Current Characteristics of Wind Generators

To study the effects of wind generators on distribution system protection,the short-circuit current(SCC) characteristics of wind generators is important.Although there are many researches on the issue,a clear agreement has not been reached so far.The SCC characteristics for different wind generators are studied.PSCAD simulation is performed in the same system integrated with different kinds of wind generators,and their results are compared with those reported in IEEE papers.The detection possibility by overcurrent relay(OCR)is discussed based on the simulation results.

多间隔信息融合的母线保护电流互感器断线再开放策略

对于电流互感器(CT)断线后发生金属性故障的情景,现有母线保护采取的闭锁差动保护动作方式将会引发多个变电站停电。此外,当母线区内发生高阻接地故障时,现有母线保护判据可能会将其误判为CT断线故障,不利于电力系统的安全稳定运行。针对这一问题,提出了一种母线保护CT断线再开放策略,该策略基于断线间隔与非断线间隔的零序电流变化量对负荷波动和故障进行区分,并基于非断线间隔的差流有效值和间隔失灵保护信息对区内外故障进行判别。实时数字仿真系统仿真结果验证了所提CT断线识别判据和再开放策略的正确性。

新型同步调相机匝间短路故障机理分析

随着新型同步调相机大规模投入运行,调相机的安全问题逐渐凸显。绕组匝间短路故障是调相机1种典型故障,对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响。该文从两种故障发生后对气隙磁场磁动势的影响出发,建立转子总电流、定子绕组相电流、支路电流及电磁转矩的统一数学表征,从幅值、相位、谐波含量等多方面对两种故障进行深入的对比分析,揭示新型同步调相机绕组匝间短路故障机理。该文基于已投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机,开发有限元软件的仿真程序,搭建调相机模拟机的实验平台。理论分析结果分别得到了仿真与实验结果的验证。

不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

基于主动方波激励检测锂离子电池早期内短路

锂离子电池内部短路(ISC)的早期检测对于避免潜在安全风险至关重要。现有的故障检测方法在检测早期短路时准确性较差,且需要大量的数据。以18650型锂离子电池为研究对象,通过在电池充电过程中施加微小的电流激励信号,借助极化压升与激励压升,发现锂离子电池在短路时压升异常规律。该方法在荷电状态(SOC)较低时效果更明显,对120Ω以内的短路检测有效,且适用范围可根据采样精度调配,可用于锂离子电池的常规短路检测。

基于累积和事件段识别与改进谱聚类的锂离子电池储能系统内短路故障检测方法

锂离子电池系统的内短路故障可能导致严重安全事故,其检测受到在线检测实时性以及故障特征获得性制约,是当下锂离子电池储能系统安全运行亟待解决的问题。该文提出一种基于累积和(cumulative sum,CUSUM)事件段检测与改进谱聚类的锂离子电池储能系统内短路故障检测方法。首先,考虑内短路故障时的电压/温度变化特性,基于累积和事件突变点识别方法,识别疑似内短路故障事件段。其次,构建三维故障特征,刻画检测对象内短路故障特征属性。然后,构建基于Wasserstein测度的内短路故障特征距离矩阵,检测三维空间各点稀疏特性,客观划定故障聚类,实现内短路故障检测。搭建锂离子电池内短路实验平台、建立锂离子电池电–热耦合仿真模型,算例结果表明该文方法能够准确识别疑似内短路故障事件段,在不同串并联形式及故障类型下实现故障检测,证明了该文方法的正确性与可行性。

基于MMC闭锁与负直流电压无闭锁的综合直流故障限流策略

基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流电网存在抗直流故障扰动能力弱的问题。为此,在无闭锁和闭锁限流的基础上,提出了一种适用于柔性直流电网的无闭锁与闭锁的综合直流故障限流策略。故障发生后,各换流站首先根据直流侧出口电流进行基于负直流电压控制的无闭锁限流,若某换流站由于无闭锁降压限流失效而发生过流,则主动将该换流站闭锁。故障消失或隔离后,无闭锁换流站第一时间恢复正常工作模式,而无须等待重启过程较长的闭锁换流站,以尽量减小系统功率损失。基于MATLAB/Simulink的仿真结果表明,所提综合直流故障限流策略可快速阻断故障电流,并兼顾限流过程的安全性和快速性,最大限度保证系统功率传输,提高了直流电网的抗故障扰动能力。

基于阻抗在线测量的锂离子电池过放电诱发内短路识别研究

锂离子电池的过放电行为可诱发内短路进而可能导致热失控。由于单体电池一致性差异和过放电导致的内短路初期电、热特征不明显,使得电压和温度等常规物理参数难以可靠实现故障预警,而阻抗可以反映电池内部信息,对故障状态具有较好的指示能力。该文通过分析锂离子电池过放电诱发内短路引起阻抗变化的机理,基于设计的阻抗在线测量装置,确定用于监测电池内短路故障的特征阻抗频率为70 Hz,获取过放电诱发内短路过程中特征频率下动态阻抗及阻抗变化率,提出一种基于动态阻抗特征的内短路在线识别方法并验证了方法的可靠性。实验结果表明,锂离子电池放电过程中动态阻抗半正弦变化特征可提前约144 s实现过放电预警,动态阻抗针状变化特征可提前约152 s实现内短路故障预警,动态阻抗明显回升特征可作为内短路发生的标志。此外,阻抗变化率特征有助于实现锂离子电池故障识别及预警,该方法在锂离子电池故障在线快速诊断中具有重要的应用潜力。

电动汽车永磁同步电机匝间短路检测算法仿真

当电机出现匝间短路故障时,电机内部电阻会大幅度降低,电流突增,造成其余元件功率过大问题。若不能及时监测该故障电机将会导致二次损坏。但是,由于短路故障具有瞬时性,其特征获取难度较大。为此提出电动汽车永磁同步电机匝间短路故障检测方法。构建驱动汽车的永磁同步电机模型,依据当永磁同步电机模型处于匝间短路故障状态时,基波电流与正序电流的制约关系失效的原理,提取电机匝间短路故障特征。基于此利用粒子群算法-最小二乘支持向量机(Particle swarm optimization-Least Squares Support Vector Machine,PSO-LSSVM)获取故障检测结果,实现电动汽车永磁同步电机匝间短路故障的检测。实验结果表明,研究方法在任意时刻检测到的负载力矩均与实际值吻合,且输出的电机残余能量具有较高可靠性,说明了上述方法具有较强的可应用性。

逆变型电源场站故障稳态电流实用化计算方法

单机倍乘法常用于逆变型电源场站的故障稳态建模,可简单估算场站短路电流水平,但计算精度有待提升。文中首先分析了低电压穿越控制策略约束下,有功出力、电压跌落程度对发电单元输出的稳态电流的决定性作用,得出故障稳态电流输出特性曲线,基于此分析了场站电气距离及有功出力差异对单机倍乘法计算误差的影响。在误差分析的基础上,提出了计及发电单元分布特性的改进单机倍乘法。该方法在发电单元接入点电压计算中,利用等值阻抗来等效发电单元与并网点的电气距离;将场站分群等值为两台机组,减小发电单元间有功出力差异对短路特性的影响。不同场景下的仿真分析表明,改进方法计算精度较单机倍乘法有着较大的提升。所提方法仅需通过简单计算即可实现场站分群和短路电流聚合,有较好的工程实用性。

不对称短路故障下永磁直驱风电机组并网控制策略研究

电网侧发生不对称故障时,永磁直驱风电机组并网电流会发生三相不平衡的问题。针对这一问题,提出一种基于自适应陷波器的网侧换流器控制策略。该控制策略基于解决机组并网电流二倍频分量的思想,在电网侧发生不对称短路故障时,将进入逆变器的dq坐标系下的二倍频电压分量去除,从而使得网侧换流器输出的电流达到三相平衡。本文首先分析了电网侧发生不对称短路故障后永磁直驱风力发电机组的动态响应;然后建立了机侧和网侧换流器的模型,并分别采用了双闭环矢量控制技术和基于自适应陷波器的控制策略;最后进行仿真分析,验证了改进后的控制策略相较于传统控制策略,有效解决了不对称短路故障下并网电流三相不平衡问题。

基于相位差的轴向磁通无铁心电机早期轻微匝间短路故障诊断

针对轴向磁通定子无铁心电机早期匝间短路故障问题,提出一种基于零序分量和定子电流分量相位差的轴向磁通定子无铁心电机的早期匝间短路故障诊断和定位方法。首先,根据定子绕组电感极小的特点建立了匝间短路故障数学模型;其次,对故障前后的短路电流、相电流、零序分量等进行了傅里叶分析,通过零序电压基波幅值变化对匝间短路故障进行识别;最后,通过对比零序电压基波与定子三相电流初相位差来进行故障相定位。结果表明,匝间短路故障相的相电流基波初始相位与零序电压基波初相位差的绝对值近似180°,而健康相的相位差与180°相差较大。基于相位差可以实现轴向磁通无铁心电机早期匝间短路故障的诊断与定位,为永磁电机的匝间短路故障诊断提供了参考。

基于短时傅里叶变换和深度网络的模块化多电平换流器子模块IGBT开路故障诊断

针对现有模块化多电平换流器(MMC)子模块故障诊断过程中所需传感器较多、测量干扰较大等问题,提出一种基于深度学习的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法。在对MMC子模块开路故障特征进行分析的基础上,利用短时傅里叶变换(STFT)提取桥臂电压信号的谐波分量信息作为故障诊断所需的特征参数。将所得到的特征参数进行处理后构建故障诊断样本,在通过深度置信网络实现故障类型快速检测的基础上,依据不同故障类型,构建多个基于卷积神经网络的故障定位网络,进而实现开路故障的检测与定位。通过129电平的MMC系统仿真模型和降功率的MMC实验系统搭建,对该文所提方法进行了验证。仿真和实验结果表明,所提故障诊断方法可以在减少传感器数量的基础上实现子模块开路故障的诊断,提高系统的可靠性。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法研究

为了解决目前干式空心电抗器匝间短路检测方法灵敏度和准确度不足的问题,根据故障发展期探测线圈感应电压的异常变化,提出一种新的基于小波分析的空心电抗器匝间短路磁场探测方法。首先,对电抗器故障发展期探测线圈电压信号进行仿真分析,得到电抗器不同位置匝间短路时探测线圈信号变化特征。再基于信号分解小波系数中有用信号与噪声相对比值最大的原则,逐层自适应选取最优小波基函数,利用小波变换对信号进行阈值去噪,提取故障特征量从而实现对电抗器匝间短路发展期及时准确地判断,避免故障进一步发展。通过搭建电抗器匝间短路故障检测系统实验平台,验证了基于小波分析磁场探测法的灵敏度和可靠性,为电抗器的安全稳定运行提供有效保障。