Real-Time Method for Detecting Harmonic and Reactive Currents of Single-Phase Circuits

According to the characteristics of single-phase circuits and demand of using active filter for real-time detecting harmonic and reactive currents, a detecting method based on Fryze＇s power definition is proposed. The results of theoretical analysis and simula- tion show that the proposed method is effective in realtime detecting of instantaneous harmonic and reactive currents in single-phase circuits. When only detecting the total reactive currents, this method does not need a phase-locked loop circuit, and it also can be used in some special applications to provide different compensations on the ground of different requirements of electric network. Compared with the other methods based on the theory of instantaneous reactive power, this method is simple and easy to realize.

巨型水轮发电机中性点新型接地方式分析

水轮发电机采用的主流接地方式为经消弧线圈接地和经配电变压器高阻接地两种方式,但随着发电机容量的增加,这两种接地方式难以同时将故障电流和暂态过电压控制在标准范围内。文中以某水电站巨型水轮发电机为对象,对电阻加补偿电抗的新型组合接地方式进行研究。首先通过理论分析得到“电阻—电抗”串联、“电阻—电抗”并联接地方式在短路电流限值下电阻、电抗的取值区间,其次建立MATLAB/Simulink仿真模型对4种不同接地方式下的暂态过电压进行计算。结果表明:相同短路电流限值下,“电阻—电抗”并联的接地方式抑制暂态过电压的效果好于“电阻—电抗”串联的接地方式,可以将其限制在标准范围内。采用并联接地方式时会使脱谐度减小,但位移过电压增大。本研究可以为巨型水轮发电机中性点的接地方式提供参考。

变电站外短路时架空地线分流系数的计算方法

变电站外发生短路故障时流入地网中短路电流的大小决定了电力系统的安全性,准确的地网分流系数计算方法对实际工程设计有着重要作用。基于站外短路时电流分布的等效模型,得出了简化的站外短路时的分流阻抗电路,结合回路电流法推导出了地网分流系数的计算公式,并利用Mathematica软件实现了求解过程。针对某变电站短路模型,分别用CDEGS软件与本文的回路电流法模型对分流系数进行了计算,计算结果显示误差在10%以内,符合工程计算要求,体现了计算结果的工程实用价值。分析了变电站接地电阻架空地线型号、杆塔电阻、档距与档数对地网分流系数的影响,最后提出了降低地网入地电流的合理性措施。

基于断路器支路故障电流的短路电流评估方法

随着负荷快速增长,电网密度不断提升,短路电流超标问题日益严重,精确评估系统短路电流水平对保障电网的安全稳定运行至关重要。对此,提出一种基于断路器支路故障电流的短路电流评估方法。针对220 kV及以下电压等级双母双分段接线变电站和500 kV 3/2接线变电站,分析不同故障位置、断路器拉停等情况下流过断路器的短路电流,并提出线路出口单相故障单跳单重阶段断路器所需遮断短路电流的计算方法,明确了变电站内断路器所需遮断最大短路电流,将短路电流校核标准精准化到故障后流过各断路器的最大短路电流不超过其遮断能力。最后通过算例分析验证了所提评估方法的有效性。

非正弦反电势五相永磁电机开路故障容错控制研究

与正弦波电机相比,具有非正弦反电势波形的多相电机可提升转矩密度,但容错运行时,反电势谐波会产生额外的转矩脉动。为此,该文提出一种非正弦反电势五相永磁同步电机缺相容错控制策略。基于单相开路故障下转矩方程,推导平稳运行时同步坐标系下的电流表达式,给出利用谐波电流抑制转矩脉动的理论依据;并提出在同步旋转坐标系下注入低阶谐波电流,抑制由3次谐波反电势引起的转矩脉动。为了求解最优谐波电流,分别在最小铜耗或最大转矩模式下协同优化电流系数。相比现有方法,该方法在最小铜耗模式下,能够产生相同的定子铜耗;在最大转矩模式下,能够提高转矩输出能力。最后,通过五相永磁同步电机的缺相容错实验,验证所提控制策略的准确性及有效性。

风电场集电系统接地保护及零序保护整定计算

为避免风电场集电线路和相关设备受接地故障的影响,需要合理配置保护整定,保证发生接地故障时保护动作的可靠性和灵敏性。以湖北省某风电场接地方式改造为例,探讨经消弧线圈接地改为经电阻接地方式后保护定值的整定计算。

10 kV配电网单相接地故障短路电流研究

大容量、电缆为主、架空线为辅的10 kV配电网发生单相接地故障时,接地电流较大,需采用中性点经消弧线圈接地系统或中性点经电阻接地系统。当发生单相接地故障时,接地处的接地电流较大,将发生较大的跨步电压,存在安全隐患。通过等效电路法、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律等推导了经中性点消弧线圈接地的10 kV配电网的接地故障短路电流表达式。为验证该方法的有效性,搭建了仿真模型。仿真结果表明,该方法计算出的接地电流的精度较高,可为分析跨步电压、消弧线圈的电感值作为参考。

单相电路谐波及无功电流新型检测方法

为解决单相电路有源电力滤波器对谐波及无功电流实时检测中存在的不足,根据正交函数的正交特性,提出了一种新的单相电路谐波及无功电流的检测方法,它是利用对畸变电流中的基波有功和无功电流分量分别进行分解,通过加法器、乘法器和积分器计算出谐波和无功电流。电网电压发生畸变时该法可通过增加低通滤波器进行修正,并不影响实时检测的结果。其优点是整个运算电路结构简单、成本低,只需要4个乘法器、2个加(减)法器、1个PLL和2个积分器,且所用元器件可用模拟电路实现,无延时;运算方法简单,省去了复杂的矩阵和反矩阵变换运算;既可单独检测出畸变电流中的任何电流分量,又能得出谐波和无功电流之和。理论分析和仿真实验证实了该方法的有效性和可行性。

220kV变电站主变110kV侧接地方式分析

220 kV变电站主变中性点接地方式直接影响到主变的安全稳定运行,当220 kV变电站的110 kV侧发生单相接地故障时,有可能造成主变遭受冲击而损坏。因此列举出了220 kV变电站中可能出现的主变中性点接地方式,分析了110 kV侧发生单相接地故障时,主变中性点接地方式对流入主变短路电流的影响,并计算了相应的短路电流,提出单相接地故障对主变的冲击最严重。可以通过改变主变中性点的接地方式来保护主变,最后提出了具体的保护措施,并给出唐山供电公司的一个应用实例。

1000kV同塔双回输电线路潜供电流研究(英文)

分析总结了1000kV同塔双回线路的特点及潜供电弧与单相重合闸时间的关系。利用电磁暂态程序,计算分析了线路长度、运行方式、高抗中性点小电抗阻值及输送潮流等因素对上述线路单相重合闸过程中潜供电流的影响。研究结果表明:对于有高抗补偿的线路,当采用1s左右的重合闸时间时,单相重合闸过程中的潜供电流值应控制在35A以内;特高压同塔双回线双回与单回运行时,导线耦合作用的不同加大了高抗中性点小电抗合适阻值的选择难度;当同塔双回系统具有线路长、输送潮流大等特点时,潜供电弧可能难以自熄灭。目前,工程中常采用导线逆相序换位方式。但该方式无法完全消除回路间的耦合,因而无法从根本上解决上述问题。

交流侧单相短路时直流系统提供短路电流的特性分析

随着直流输电系统的迅速发展,能否忽略直流系统对短路电流的贡献成为一个亟待研究的问题。文章基于实际直流工程的详细电磁暂态模型,对交流侧发生单相短路故障时直流系统提供短路电流的特性进行研究。通过分析故障后直流输电系统的暂态特性,提出针对短路电流计算关键值,提取并分析直流系统提供短路电流的对应分量;通过对大量仿真结果的统计分析,明确了直流系统提供短路电流的特性及其对短路电流计算的影响,得出结论:直流系统提供的短路电流会使短路电流计算中的工频短路电流初始值、对称开断短路电流的幅值减小,而短路电流峰值增大,且工程应用中短路电流计算可以不考虑直流系统。通过基于实际电网的短路电流对比计算,验证了以上结论。

500kV同塔双回不换位线路潜供电弧对重合闸的影响分析

同塔并架多回线路采用不换位架设导致电气参数三相不对称,使得潜供电弧难以自熄,在超高压输电线路甚至出现了瞬时故障重合闸重合不成功的情况。针对这个问题,建立了500kV同塔双回不换位线路潜供电流和恢复电压的计算模型,并应用PSCAD/EMTDC软件,从相序排列方式、故障相别、线路长度三个方面对其进行了仿真分析。根据仿真结果,给出了500kV同塔双回不换位线路不同线路长度对应的单相重合闸推荐时间。建议根据线路长度合理整定单相重合闸时间,从而提高重合成功率。

单相电路谐波及无功电流检测研究

通过静止坐标系与旋转坐标系的坐标变换关系的理论推导,得到一种新型单相电路谐波和无功电流检测模型。通过计算机仿真,得到了很好的仿真结果。理论分析与仿真结果证明了该模型的正确性。该模型不仅可以快速检测出单相电路谐波电流、基波无功电流,而且可以快速检测出基波电流及基波有功电流和基波无功电流分量。

基于平均有功功率的单相电路谐波和无功电流检测方法

为解决电网电压畸变时单相电路谐波和无功电流检测问题,本文提出了基于平均有功功率的单相电路谐波和无功电流检测方法。理论分析和仿真验证表明,该方法能够实时检测出单相电路瞬时无功电流、基波无功电流及谐波电流,并且在只检测瞬时无功电流时无需锁相环电路。与基于瞬时无功功率理论的检测方法及有功电流分离法相比,该检测方法概念更清晰、算法更简单、更容易实现。

OPGW与普通地线构成的双地线系统中单相短路电流分流的计算

单相短路电流分布的准确计算对输电系统的安全有重要影响。文中说明了双侧消去法的特点,采用回路法对短路电流分布进行了量化计算和算例验证,将计算结果与双侧消去法的结果进行了比较,讨论了普通地线绝缘间隙不击穿情况下短路电流分布的变化。结果表明:回路法得到的短路电流分布与双侧消去法的结果一致,证明了采用回路法计算的结果是正确的;假定绝缘间隙不击穿时,相应线路段的光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)要承受更大的电流,为实现OPGW与普通地线匹配,降低实际线路成本,绝缘间隙整定时,确保绝缘间隙击穿有重大的现实意义。

无锁相环单相电路谐波及无功电流综合检测新方法

提出了新的无锁相环单相电路谐波及无功电流综合检测方法。该种方法不需要锁相环电路,只需要通过构造任意初相位的基频正余弦信号,再与负载电压和电流经过相关变换后,就能分离出电压的基波分量,以及电流的基波有功分量,从而最终检测出电路的谐波与无功综合电流。在电网电压无畸变和存在畸变两种情况下分别进行了仿真。仿真结果证实其能够实现电网在有源滤波器的作用下只提供负载基波有功分量的目的,且不受电网电压畸变影响。

交流特高压输电线路复杂地线系统单相短路电流的计算

地线系统短路电流的准确计算对光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)热容量的校验及地线的选型有重要意义。OPGW在地线系统的广泛应用,尤其是为降低地线系统损耗而出现的新地线接线方式,如分段绝缘、换位及开环等,使得地线系统的接线变得较为复杂。通过建立复杂地线系统的电路计算模型,较方便地计算出交流输电线路在单相短路状况下的各种指标。数值算例验证了所提方法计算单相对地短路电流的准确性,并且研究了不同特高压地线接线系统在不同单相短路状况下的短路电流分布特征。结果表明,新的复杂地线接线系统对OPGW的选型要求更高,且需额外考虑普通地线的绝缘配合问题。

直流偏磁下单相变压器磁场与声场的计算分析

变压器中性点流入直流电流时,在变压器内部会产生直流偏磁现象。单相变压器具有独立的磁回路,因此磁阻比较低,较小的直流电流就可以引起磁饱和,直流偏磁现象在单相变压器内部产生的影响比较明显,因此文中基于场路耦合有限元法,对一台容量为240 MVA的单相电力变压器在不同直流偏磁水平下的空载运行状态进行了仿真计算,分析了直流偏磁量对变压器励磁电流波形、谐波含量以及磁场分布的影响规律。在此基础上建立了变压器铁心的多物理场耦合有限元模型,对铁心在直流偏磁前后的振动噪声进行了对比分析,并提出通过分析变压器所允许的最大声压级,来预估产品所能承受的最大直流量,对变压器的结构设计具有一定的指导意义。

特高压同杆双回功率传输对潜供电流的影响

为了分析输电线路传输功率对潜供电流的影响,采用二次模变换的方法去掉相间耦合,实现多相系统的参数解耦,建立计算同杆双回输电线路潜供电流的数学模型后,针对线路传输功率的变化分别计算了不同故障点处潜供电流的大小。结果表明,线路传输功率对潜供电流的影响较大,且不同故障点处,潜供电流的变化趋势也不一样,故障点靠近线路首端或末端时,潜供电流会随传输功率的增大而变大,必须采取有效的抑制措施。

不同电压等级的四回线的纵联差动保护方案

为克服传统纵联差动保护运用在不同电压等级的同杆四回线中容易受到耦合电感的影响,提出了基于反序负序差电流的纵联差动保护方案。不同电压等级的四回线由两个不同电压的等级的同杆双回线构成。对于同杆双回线路,当线路参数完全对称时,系统正常运行或是外部故障时,反向电流分量为零;而当双回线内部故障时,反向环流量存在于双回线的内部,双回线两侧反向电流之和比较大,可以构成基于反向环流量的纵联差动保护。该保护方案不仅可以避开电容电流对于差动保护的影响,而且有较强的抗过渡电阻能力。将该保护方案应用到不同电压等级的四回线的主保护中,保护性能优越,不仅可以可靠动作,还避免了电容电流对保护性能的影响。理论分析和EMTP仿真验证了基于反向分量电流的纵差保护的有效性,保护动作的可靠性。