Comparison between open phase fault of arc suppression coil and single phase to earth fault in coal mine distribution network

When, in a coal mine distribution network whose neutral point is grounded by an arc suppression coil (ASC), a fault occurs in the ASC, compensation cannot be properly realized. Furthermore, it can damage the safe and reliable run of the network. We first introduce a three-phase five-column arc suppression coil (TPFCASC) and discuss its autotracking compensation theory. Then we compare the single phase to ground fault of the coal mine distribution network with an open phase fault at the TPFCASC using the Thévenin theory, the symmetrical-component method and the complex sequence network respectively. The results show that, in both types of faults, zero-sequence voltage of the network will appear and the maximum magnitude of this zero-sequence voltage is different in both faults. Based on this situation, a protection for the open phase fault at the TPFCASC should be estab-lished.

Mechanical Fault Diagnosis Based on Band-phase-randomized Surrogate Data and Multifractal

The vibration signals of machinery with various faults often show clear nonlinear characteristics.Currently,fractal dimension analysis as the common useful method for nonlinear signal analysis,is a kind of single fractal form,which only reflects the overall irregularity of signals,but cannot describe its local scaling properties.For comprehensive revealing of internal properties,a combinatorial method based on band-phase-randomized（BPR） surrogate data and multifractal is introduced.BPR surrogate data method is effective to eliminate nonlinearity in specified frequency band for a fault signal,which can be utilized to detect nonlinear degree in whole fault signal by nonlinear titration method,and the overall nonlinear distribution of fault signal is displayed in nonlinear characteristic curve that can be used to analyze the fault signal qualitatively.Then multifractal theory as a quantitative analysis method is used to describe geometrical characteristics and local scaling properties,and asymmetry coefficient of multifractal spectrum and multifractal entropy for fault signals are extracted as new criterions to diagnose machinery faults.Several typical faults include rotor misalignment,transversal crack,and static-dynamic rubbing fault are analyzed,and the results indicate that those faults can be distinguished by the proposed method effectively,which provides a qualitative and quantitative analysis way in the field of machinery fault diagnosis.

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.

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

Method for Analog Circuit Soft-Fault Diagnosis and Parameter Identification Based on Indictor of Phase Deviation and Spectral Radius

The soft fault induced by parameter variation is one of the most challenging problems in the domain of fault diagnosis for analog circuits.A new fault location and parameter prediction approach for soft-faults diagnosis in analog circuits is presented in this paper.The proposed method extracts the original signals from the output terminals of the circuits under test（CUT） by a data acquisition board.Firstly,the phase deviation value between fault-free and faulty conditions is obtained by fitting the sampling sequence with a sine curve.Secondly,the sampling sequence is organized into a square matrix and the spectral radius of this matrix is obtained.Thirdly,the smallest error of the spectral radius and the corresponding component value are obtained through comparing the spectral radius and phase deviation value with the trend curves of them,respectively,which are calculated from the simulation data.Finally,the fault location is completed by using the smallest error,and the corresponding component value is the parameter identification result.Both simulated and experimental results show the effectiveness of the proposed approach.It is particularly suitable for the fault location and parameter identification for analog integrated circuits.

风电场集电线路单相接地故障柔性电压消弧与动态保护新原理

为解决风电场集电系统长期存在的线路单相接地故障处理难题,提出风电场中性点柔性接地方式,理论推导获得柔性接地风电场三序等效电路,与集电线路单相接地故障复合序网模型,建立风电场零序电压柔性调控理论,提出集电线路单相接地故障柔性电压消弧方法,可主动将故障点电压及故障残流迅速抑制到零,实现单相接地故障电弧的可靠消除。进一步提出基于零序电流动态增量的高阻故障辨识与保护方法,通过柔性调控零序补偿电流,逐渐放大故障残流,实现永久性单相接地故障的灵敏感知与保护。利用PSCAD/EMTDC搭建含双馈异步风电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)的规模化风电场模型,模拟多种运行与故障条件对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法能够在考虑系统不平衡电压的情况下精准调控集电线路故障点电压,实现瞬时性单相接地故障快速可靠消弧,动态感知并持续抑制永久性单相接地故障残流,实现集电线路高阻接地故障的灵敏保护。该技术有望提升风电场运行灵活性与故障防御能力,有力保障新能源电能外送的持续性、可靠性。

考虑电压电流限制的伺服电机无纹波转矩控制

针对伺服系统无刷电机正弦电流转矩控制纹波较大的问题,提出了一种无刷伺服电机在任意反电动势波形下的无纹波转矩控制,实现了电机驱动器在有限电压、电流范围内的功率损耗最小。首先,建立了有限电压、电流范围内的电机模型,推导了电压、电流范围边界的不等约束条件;其次,利用拉格朗日乘数法求解等效二次规划问题,提出了最优转矩控制策略;最后,在三相18极同步电机的实验平台上进行了3种情况的实验验证。结果表明,所提控制策略在相电压、电流饱和时,仍能实现转矩的精确控制,输出期望转矩;在发生单相故障时,可以隔离故障相,同时通过优化励磁电流使非故障相达到预期的转矩输出,减小了转矩纹波。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

基于FTU的配电网单相接地故障定位与恢复方法

配电网发生最多的故障是接地故障。针对准确地检测隔离接地故障线路并尽快恢复供电,提出基于配电开关监控终端(FTU)的配电网单相接地故障定位与恢复方法。利用配电网各节点FTU的小波包变换暂态选线及相电流暂态特征选线技术,结合故障路径自适应处理控制策略,配合首开关延时合闸逻辑,从而实现多分支配电网故障定位与自动隔离恢复。所提方法能够快速选出故障线路并隔离故障区段,有利于故障快速消除,提高系统运行的安全性、可靠性。

基于改进EfficientNetV2算法的三相串联故障电弧检测

串联电弧故障在电气火灾中的成因中占据着重要的比例,在具有变频器的三相电机线路中,由于多种电弧电流复杂行为以及多种负载的存在,很难准确识别变频器后部线路中发生的串联电弧故障。为了解决这一问题,提出了一种改进的EfficientNetV2算法。搭建低电压三相电弧故障数据采集平台,采集了所需要的正常状态和故障状态的电流信号。为了充分利用机器视觉的优势,采用马尔可夫变迁场(MTF)将采集到的时域电流信号编码为图像。将MTF图像送入模型中进行训练和测试,该模型具有轻量级高效的通道注意力和双池化空间注意力,更加专注于电弧特征,提高网络性能。实验结果表明,该方法的准确率可达98.99%。

无相位测量的阵列天线故障诊断方法

传统的阵列天线故障诊断方法要求测量数据同时具有幅度和相位信息,而相位测量通常花费较多,甚至技术上不可行。为了解决该问题,文中提出了一种无相位测量的阵列天线故障诊断方法。首先构造相位误差矩阵,并将其引入阵列天线正向模型,得到含有未知相位信息的信号模型;然后基于该信号模型,交替迭代求解相位误差矩阵和阵元激励,最终达到对阵列天线故障诊断的目的。数值仿真实验表明,本文所提方法在准确性、有效性和鲁棒性上都优于传统阵列天线故障诊断方法,具有广阔的应用前景。

10kV配电线路单相树线故障选相研究

针对配电网三相电压不平衡发生树-线故障难以准确判别故障相而引发山火的问题,提出了一种基于电压信号突变值和变化趋势相结合的选相方法。在传统三相电压平衡配电网单相接地故障选相理论基础上,搭建了10 kV单相树-线故障试验平台。首先,在中性点不接地、消弧线圈接地欠补偿和过补偿3种情况下进行了多种树木、不同残余电流单相树-线故障试验研究。然后,根据树-线故障时零序电压和各相电压幅值变化特征,定义了故障时刻及故障相识别码,建立了某一相电压有效值的幅值增加最大则其滞后相为故障相的判据。通过故障时刻前后0.1 s内的各相电压平均有效值改变大小对比及相应判据,将生成对应的识别码进行匹配,实现精确快速判别故障相。最后,通过试验验证该方法能够有效解决单相树-线故障相识别问题且不受电压不平衡影响,具有较好的工程应用价值。

嫦娥六号环月飞行双环容错姿态控制

嫦娥六号着陆器和上升器组合体(着上组合体)环月飞行阶段,利用安装于上升器的10 N发动机(可形成力偶控制方式)和安装于着陆器的150 N发动机进行姿态控制。根据发动机安装布局,当力偶控制方式下某10 N发动机常关故障、其配对使用的10 N发动机正常工作时,推进系统将产生与期望相反的控制力矩,导致姿态发散。为了保证在10 N发动机故障情况下着上组合体姿态稳定,给出了双环容错姿态控制策略,包括10 N发动机内环控制和150 N发动机外环控制。数学仿真结果表明,着上组合体环月飞行阶段双环容错姿态控制下,10 N发动机故障后,着上组合体姿态可以稳定在给定范围内。针对配置力偶姿控发动机和冗余发动机的探测器,采用双环容错姿态控制策略,可以有效应对力偶姿控发动机故障影响,保证探测器姿态稳定。

Deformation of a two-phase medium due to a long buried strike-slip fault

The aim of the present paper is to obtain the two-dimensional deformation of a two-phase elastic medium consisting of half-spaces of different ri- gidities in welded contact due to a buried long strike-slip fault. The solution is valid for arbitrary values of the fault-depth and the dip angle. The effect of fault-depth on the displacement and stress fields for different values of dip angle has been studied numerically. It is found that the displacement field varies significantly for a buried fault from the corresponding displacement field for an interface-breaking fault. The contour maps showing the stress field for various dip angles for buried and interface-breaking fault have been plotted. It has been observed that the stress field varies significantly for a buried fault from the corresponding stress field for an interface-breaking fault.

配电网中性点柔性接地装置四象限运行机理与控制方法

针对现有配电网柔性接地装置在进行接地故障处置时,易因网侧能量倒灌而导致直流侧电压失稳,甚至直流电容击穿的问题,分析注入电流与中性点电压间相角差随系统参数的变化规律,揭示系统参数变化对柔性接地装置输出有功功率、能量流向的影响机理,阐明造成系统能量倒灌的内在原因。在此基础上,提出一种具备四象限运行功能的柔性接地装置拓扑结构,在整流侧采用电压型三相半桥可控整流拓扑,并经配电变压器接入电网,能够维持能量在装置内双向流通,提升直流侧电压稳定性,同时实现直流侧供电自给。进一步提出基于四象限运行柔性接地装置的多目标复合控制方法,通过dq旋转坐标系下整流双环控制实现装置整流网侧单位功率因数运行及直流侧电压稳定,并由逆变侧控制对中性点电压进行快速精准调控。在PSIM(power simulation)仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,对所提装置运行机理和控制方法进行验证,仿真与实验结果表明四象限运行柔性接地装置能有效解决现有柔性接地装置在网侧能量倒灌条件下直流侧电压失稳的问题,提升装置的运行和调控性能,实现接地故障快速安全可靠处置。

基于有源消弧暂态衰减信息的配电网接地故障跟踪检测方法

现有配电网单相接地故障检测技术缺乏消弧过程的故障程度跟踪与选线能力。该文充分利用消弧过程中的暂态信息,建立考虑线路参数不对称的集总参数等效模型,论证消弧过程零序电压衰减直流特征的物理意义,提出考虑快速消弧的配电网故障检测新方法,对于低、高阻接地故障均有较高的检测灵敏度。实际应用中,仅需观测消弧全补偿电流投切过程中零序电压及零序电流波形,即可实现过渡电阻测量、故障程度跟踪与故障选线,具有瞬时性故障实时跟踪、故障检测与故障消弧同步进行的优势,操作简单、易于实现。仿真实验证实了方法的有效性,为配电网故障检测提供了新的理论依据。

轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明:相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。

紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器

加装饱和铁芯型故障限流器是限制高压系统短路电流的有效方法,但其需要与外加的限流空心电抗器配合,导致整个限流系统占地面积和体积很大。因此,基于非正交解耦原理提出了一种紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器(compact hybrid-biased three-phase saturated core fault current limiter,CTFCL),其具有占地面积和体积小的优点。首先,提出了含非正交解耦绕组的CTFCL拓扑。其次,建立了CTFCL的等效电磁路模型,分析了其工作原理。然后,给出CTFCL的参数设计准则,搭建了220 kV的有限元模型,仿真验证了CTFCL的限流效果和电磁特性。最后,设计并研制出小容量样机,开展了实验研究。仿真和实验结果均证明了该文所提CTFCL的有效性,CTFCL对各种短路均有良好的限制效果,且对比得到CTFCL限流系统占地面积和体积较传统三相SCFCL限流系统分别减少了44%和26%,适合实际高压系统的安装与应用。

基于系统参数优化的对称双极海上风电送端联接变阀侧单相接地故障应力调控方法

为应对海上风电系统送端联接变阀侧单相接地故障引起的换流阀内过电压、过电流及风电场并网点电压跌落共存的问题,提出了一种基于系统参数优化的对称双极海上风电系统故障应力调控方法。首先,构建换流阀的数学模型与风电机组控制模型,通过电路分析揭示故障后换流阀过电压和过电流特性、风电场并网点电压跌落特性及其影响规律;其次,根据系统关键参数对故障后电压和电流的影响机制,提出一种基于系统参数优化的故障应力调控方案,即通过系统关键参数优化配置,实现过电压、过电流以及并网点电压跌落的综合调控,显著延长系统故障后换流阀的耐受时间和风电场不脱网运行时间;最后,通过对称双极海上风电经柔性直流系统仿真分析,验证了本文所提出方法对系统故障应力调控的有效性,为海上风电优化设计提供支撑。