Calculation of Eddy Current Loss and Short-circuit Force in SSZ11-50000/110 Power Transformer

The ?method is used in this paper to calculate the leakage magnetic field of SSZ11-50000/110 Power transformer, and by which the structures’ influences to the main leakage flux are analyzed. Through the combination of the product and TEAM Problem 21B, the surface impedance method shows its great advantage in the calculation of eddy current loss.

含主动限流控制的MMC-HVDC电网直流短路故障电流解析计算

传统的MMC-HVDC电网直流短路故障电流计算一般采用等效RLC电路方法。但是该方法没有考虑主动限流控制(ACLC)对等效电路RLC参数的影响,因此无法直接用于含ACLC的MMC-HVDC电网的直流短路故障电流的解析计算问题。该文通过将ACLC的控制效果等效为虚拟阻抗产生的压降,建立了体现ACLC的控制影响的等效RLC电路,以包含电流变化率限流环节的典型ACLC算法为例,推导了直流双极短路故障条件下ACLC的控制参数与虚拟阻抗的映射关系以及相应的直流故障电流解析表达式。最后,以基于含ACLC的半桥型四端MMC-HVDC电网为例,建立PSCAD/EMTDC仿真模型,对采用ACLC的直流双极短路故障电流解析计算结果进行了验证。结果表明:故障后10ms内直流短路故障电流的PSCAD仿真结果与所提出的含ACLC的等效RLC电路解析计算结果的平均误差在8.29%以内,最大误差在10.99%。因此,使用所提出的方法具有工程实用性。

含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算

为实现含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算,首先建立计及故障穿越控制的逆变型分布式电源序等效受控电流源模型,通过引入虚拟线路和虚拟节点并结合广义Fortescue变换建立不平衡配电网的系统序导纳矩阵。在此基础上构建含逆变型分布式电源不平衡配电网的序节点电压方程,提出基于序分量的短路电流迭代计算方法。通过引入预条件处理的广义极小残余法可避免求解系统序阻抗矩阵,能够有效提升短路电流迭代计算的计算速度。最后,通过对含逆变型分布式电源的13节点、123节点和多个大型合成系统仿真结果对比,验证了所提方法的正确性和可行性。

提高含新能源交流电网短路计算迭代收敛性的改进方法

交流电网短路故障下,新能源电源的输出电流与并网点电压非线性相关,使得含新能源交流电网短路电流计算需要利用迭代方法求解,存在无法收敛的可能。针对该问题,选取适用于交流电网短路计算的新能源等效模型,以包含新能源典型输出特性的双馈风机作为研究对象,确定了高电压单段型、低电压单段型和高电压双段型这3种不收敛工况。根据3种不收敛工况的特征,提出了基于二分法和基于二分法与逐步回归结合的改进方法,提高了上述工况下迭代计算的收敛性。以实际电网为例,通过仿真计算验证了所提方法的有效性。

大规模新能源接入的交流电网继电保护整定计算研究

新型电力系统高速发展,新能源大量投产,现有忽略新能源电源属性的继电保护传统整定计算方法难以适应。鉴于此,结合新能源的物理特性和整定计算特点,提出了新能源的整定计算实用化模型。讨论了计及大范围新能源接入的短路计算方法,给出了恒流源和受控源接入的短路计算算法,提出了大范围新能源接入后的新能源影响域评价指标,在保证整定计算准确度的前提下提高了整定计算的效率。在前述研究的基础上,详细分析了计及新能源的参数收资、方式设置、保护配置、整定计算原则、重合闸、边界保护管理等内容。所做工作为面向新型电力系统的整定计算业务提供了解决思路,对继电保护整定人员具有借鉴与参考意义。

基于对称分量法的调相机定子故障特征分析

传统同步调相机定子绕组匝间短路故障机理分析方法通常认为电机定子电流接近三相对称,并以此为基础建立同步调相机故障电流的数学表征。但是,一旦发生定子绕组匝间短路故障,同步调相机三相定子电流的对称性将遭到破坏,使得传统故障机理分析方法所建立的数学表征无法准确反映电机内部电气量的变化。文中通过引入对称分量法,建立故障后同步调相机瞬时有功/无功功率的数学模型,提出利用瞬时有功/无功功率中的2次谐波进行定子绕组匝间短路故障诊断。仿真和实验的结果表明:相较于利用定子电流3次谐波与基波幅值之比诊断故障的传统方法,文中方法在轻微故障状态下能提高至少7倍的诊断灵敏度,更易完成早期故障诊断。同时,所提方法中的故障特征量不受同步调相机工况和故障位置的影响,具有强鲁棒性。

220kV变压器中压侧中性点经小电抗接地的运行分析

北京电网分区运行,其中枢纽站的接地方式关系整个电网运行,K分区中的A变电站采用220 kV变压器中压侧中性点经小电抗接地的运行方式。分析了该分区的主变中性点接地情况、A变电站的等值网络,同时计算了A变电站的短路容量、不同主变并列运行时的单相短路电流,计算表明,中性点经小电抗接地后可降低其单相短路电流,满足设备热稳定性要求。同时提出中性点小电抗投运后对现场运行、倒闸操作的要求。

风光电源故障暂态解析及实用化短路电流峰值计算

研究风光电源的故障暂态过程及短路电流峰值能为设备选型及保护整定提供重要依据。然而,现有的风光电源暂态短路电流计算模型过于依赖参数,计算模型难以满足工程应用需求。因此,该文首先分别对光伏电源、永磁同步风机及双馈感应风机进行故障暂态解析,继而构建形式简洁实用的短路电流峰值表达式。对于光伏电源及永磁同步风机,在恒功率控制阶段建立了基于故障期间电源出力变化的暂态短路电流计算模型;在限幅控制阶段通过分析阻尼比系数,得到短路电流峰值的实用化表达式。对于双馈感应风机,通过分析其故障后定转子磁链的耦合关系,得到Crowbar电阻投入阶段短路电流的简化条件,进而求解出短路电流峰值表达式。最后通过录波数据与仿真数据验证了理论的可行性和正确性。

混合级联换流站直流短路故障解析计算与快速限流方法

在高电压、大容量、远距离输电领域,混合换流器拓扑相比于单一换流器更具技术优势,其中为应对危害性极高的直流短路故障,换流器直流短路故障穿越能力需重点考虑。首先,提出一种基于电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器具备直流短路故障穿越能力的混合级联拓扑及其直流短路故障限流控制方法;其次,通过分析直流短路故障期间换流器动态特性,构建分阶段状态方程数学模型,实现对直流短路故障电流进行精确解析计算;再次,选取最严重直流短路故障工况,以最大允许电流变化量作为判据并结合所提出的直流短路故障电流计算方法,给出强制触发角参数动态优化计算机制;最后,以优化设计的强制触发角为基础提出快速限流控制策略,该策略能保证LCC在直流短路故障穿越时不发生换相失败且快速降低故障电流。

计及网侧变流器的双馈感应发电机稳态短路电流实用计算方法研究

双馈感应发电机组(DFIG)的大规模并网使得电网的故障特征发生变化,进而影响了继电保护装置的动作特性评估,故研究DFIG的低电压穿越(LVRT)特性有重要意义。然而目前的研究尚未全面考虑最新风机并网要求、实际LVRT控制策略以及网侧变流器(GSC)3大因素对DFIG稳态短路电流的影响。基于主流厂家DFIG的LVRT控制策略以及我国最新风机并网要求,分别建立了LVRT期间定子和GSC的稳态模型,提出了DFIG稳态短路电流的实用计算方法。并进一步在RTLAB上搭建了含DFIG实际控制器的半实物仿真平台,验证了实用计算方法对于短路电流有效值的计算误差小于3%,短路电流相角的计算误差小于2.5%。本文的研究成果对DFIG接入系统的继电保护整定等方向有重要意义。

电磁-结构场耦合下变压器绕组漏磁场和变形仿真研究

电力变压器发生短路故障时会产生巨大的电动力,为研究电力变压器短路故障时的绕组变形情况以及影响绕组变形的因素,文中基于变压器多物理场耦合理论,搭建了三相变压器的有限元模型,通过MATLAB/Simulink平台仿真变压器发生短路时的短路电流,将该电流作为电磁场仿真的激励,计算出绕组的漏磁场和电动力分布,再采用电磁-结构场耦合的方法分析绕组的形变量大小和应力分布;运用相关理论分析不同温度条件对绕组变形的影响。结果表明,在辐向上,高压绕组受到向外膨胀的辐向电动力,中压和低压绕组受到向中间压缩的辐向电动力,在轴向上,各绕组均受到从端部向中间压缩的电动力,温度越高,绕组铜的杨氏模量越小,相同电动力作用下绕组变形量越大。研究结果对提高变压器抗短路能力具有一定的参考意义。

VSG控制的无人船低电压故障短路电流计算方法

为保证某混合能源无人船中储能设备并入交流母线的稳定性和安全性,采用虚拟同步发电机(VSG)技术对储能设备进行控制。通过对无人船电力系统发生对称低电压故障后的虚拟同步发电机进行暂态分析,考虑到虚拟同步发电机与传统同步发电机在功角特性、耐流能力等方面的不同,对虚拟同步发电机提出新的暂态分析方法,并改进传统短路电流的计算方法,提出考虑内电势变化的改进短路电流迭代计算方法,以提高短路电流计算的精确性。相比于不考虑内电势变化,该计算方法计算得到的短路电流实现了理论值与仿真值的吻合,误差率小于0.5%,可为后续无人船保护整定提供精确的参考依据。

含逆变型分布式电源外电网的短路计算等值及其影响因素分析

大量逆变型分布式电源接入会对电网短路电流计算及电网等值产生影响。该文提出了含逆变型分布式电源外电网的多端口戴维南等值方法,分析了等值参数的影响因素。首先,基于多端口电网络理论推导了外电网等值多端口的戴维南等值电路模型和参数表达式,分布式电源对等值电路的影响主要体现在开路等效电压。其次,根据开路电压计算公式,分析了分布式电源对开路等效电压的影响因素和规律。电网故障期间分布式电源可等效为压控电流源,其输出电流受独立电压源、等值端口电压及分布式电源低穿控制策略等的影响。然后,分析了等值端口电压、分布式电源容量、独立交流电源强弱对等效开路电压的影响规律,得到了等效开路电压随端口电压、分布式电源容量和外部电源内阻抗的变化曲线。通过IEEE33节点电网和某220kV高压电网仿真验证了等值方法和影响因素分析的正确性。

计及控制响应的多端混合直流输电系统短路电流近似计算方法

多端混合直流输电系统故障发展迅速、短路电流水平超标问题严重,换流站高度非线性特征使现有短路电流求解忽略了控制系统的响应过程且多依赖建模仿真结果,无法得到短路电流的具体解析式,实现故障特性的定量分析计算。为此,该文提出三种兼顾准确性与计算复杂程度的系统模型简化措施,并在此基础上提出计及控制系统作用的短路电流复频域近似求解方法,利用Pade逼近以及分段线性化法对模型进行降阶处理,通过拉普拉斯逆变换求得短路电流的时域解析式。最后,基于PSCAD/EMTDC对不同故障距离、过渡电阻以及故障类型进行了仿真分析。结果表明,该方法能在故障的暂态阶段(10 ms内)对短路电流有较为准确的刻画,能为直流保护定值整定、断路器额定容量选取、直流输电控制策略切换以及系统规划设计等提供重要依据。

含换流器型分布式电源配电网的不对称短路电流计算方法

为了满足配电网不对称短路计算的通用性要求,针对换流器型分布式电源(inverter based distributed generation,IBDG)不对称短路特征的多样性,研究含IBDG配电网的不对称短路电流计算方法。该方法从通用计算模型出发,根据IBDG不对称短路的正负序电流控制原理及在不同控制目标下的短路电流输出特性,结合低电压穿越和限流控制对IBDG输出不对称短路电流的具体要求,建立一种通用的、适用于多种控制目标的IBDG不对称短路正负序等效模型。基于该模型建立含IBDG配电网通用的不对称短路等效电路和计算方程,得到一种适用于多种IBDG控制目标的、配电网任意节点发生任意不对称短路的短路电流通用计算流程。最后,在一个配电网算例中对所提计算方法进行验证,结果表明了所提方法的正确性和有效性。

城市轨道交通接触网短路阻抗测试及整定计算装置的研制

[目的]城市轨道交通接触网的线路阻抗受多种因素(如线索材料、线路长度、周边环境等)的显著影响,导致不同线路及不同时段的阻抗差异显著。然而,在整定计算过程中,常依赖于经验公式进行估算,这往往导致整定值不够精确,进而影响了保护装置的选择性与灵敏性。当系统遭遇短路故障时,可能会出现误动或拒动的情况,带来较大的安全隐患。因此,研制一种能够准确测试接触网短路阻抗并进行整定计算的装置显得尤为重要。[方法]提出了一种低压短路试验方法。该方法在接触网末端设置短路点,通过在线路首端施加低压直流电的方式,实现对短路阻抗的测量。采用高精度的双通道同步采样技术获取电压与电流的精确采样值,并基于RL简化双边供电模型,结合牛顿迭代法,研究出了一种指数曲线拟合求解线路阻抗的新方法。此外,通过开发集参数配置、整定计算于一体的软件,成功集成了接触网阻抗测量及整定计算装置。[结果及结论]该装置不仅具备参数配置、线路阻抗求解等功能,还能对短路点的电流变化进行仿真分析;能够实现根据不同线路和环境条件的实时测量,显著提高了线路阻抗测量的准确性,为整定计算提供了坚实的数据支持和重要参考。通过实际算例验证了线路阻抗计算和短路电流结果的准确性,充分证明了该方法的可行性和有效性。

基于电压迭代的直驱风电场短路电流计算方法

风电场短路电流计算普遍采用等值模型,不计内部线路、变压器等因素,精度欠佳;而考虑上述因素的短路电流计算方法多采用电压电流同时迭代的方式,其收敛性难以直观验证。为此,提出了一种计及风电场内部结构参数的短路电流算法。首先,结合限幅作用下的D-PMSG(永磁直驱风电机组)电流特性与最大维度的风电场节点电压方程,构建了风电场短路电流计算模型;其次,利用诺顿等值消去未知电流参数,并结合工况变化确定修正的节点电压方程;最后,结合电压迭代,得出了基于修正模型和风电场特性的短路电流计算方法。仿真对比结果表明,所提方法具有较高的准确性以及更好的收敛性。

船用直流配电系统短路电流计算与熔断器选择性保护分析

船舶电力系统短路计算及断路器的选择性保护分析是直流综合电力系统设计的重要一环,直接影响直流配电系统的运行稳定性以及熔断器选择性保护方案。该文阐述了船用直流配电不同模块的建模以及系统的短路电流计算过程,对船舶直流配电系统进行等效计算,通过选取不同的短路点,探究不同短路点短路时对直流综合电力系统的影响;对不同支路的短路电流进行计算,通过支路实际I~2t曲线确定熔丝规格,结合实际算例进行分析,等效模型仿真得到的仿真结果与实际计算的误差在1%之内。通过MATLAB/SIMULINK软件,等效模型仿真的方式,不需要建立详细的SIMULNK模型,也无需进行繁琐的公式计算,即可对直流配电系统进行短路电流计算并对熔断器进行合理选型。

电网短路电流计算及保护继电器调整研究

本文指出随着电力系统规模的不断扩大和电力设备的不断更新,电网短路电流计算及保护继电器调整问题日益凸显;电网短路电流的准确计算对于电力系统的设计、运行和保护具有至关重要的作用。为此,本文首先阐述了电源配电网短路电流计算方法,包括配电网模型、通用计算方法以及含分布式电源和多类型分布式电源的计算方法;其次研究了继电器保护的优化协调方法,采用微分进化算法进行了改进;最后在算例验证部分,利用C++程序在Xcode平台进行了验证,以确保所提方法的正确性。本研究能够为电力系统的稳定运行提供理论和方法方面的支持,对电力系统领域的相关研究起到促进作用。

双馈风机故障穿越短路电流计算方法

双馈风电场故障穿越短路电流控制策略和保护电路比较复杂,导致现有短路计算过程繁琐、短路电流计算精确度不足,对当地电网的安全运行产生了较大影响。为了应对这一挑战,提出一种短路电流统一计算方法,以实现双馈风机故障穿越期间输出短路电流的精确数学解析计算。所提出的方法主要包括:1)充分考虑故障穿越期间的不同内部保护电路和控制策略,并建立全过程统一状态空间模型,故障穿越全过程包括撬棒保护阶段、去磁控制阶段和无功电流补偿阶段;2)建立基于定子电压和定子磁链的统一状态空间模型和定子输出短路电流计算方法;3)基于时频时域的拉普拉斯变换揭示了定子侧和网侧变流器的故障电流贡献机制,并将其表示为统一的短路电流表达式。大量测试结果验证了所提出方法的正确性和有效性。