The simulation research for transient current variation in short circuit fault of urban rail transportation

Urban rail transit is one of the most important way for urban residents. However, frequent power failure, especially the short fault hinders the safe and stable operation of rail transit. The research of the transient variation of line electrical parameters in short circuit fault is the basis of researches for technology of line protection and short circuit fault location. Based on Matlab/Simulink, a 24-pulse rectifier circuit model is established, the resistance and inductance value of the catenary and rail network are calculated. The short Circuit fault simulation model of DC traction power supply system is established. The short-circuit fault of the traction network at close and distant points are simulated, the transient variation values of fault current with the different fault distance are analyzed. The simulation results show that the transient current peak of the nearby short circuit is oscillatory and convergent due to the nonlinear devices, which proves the accuracy of the model and provides a reference for the precise configuration of the line protection equipment.

大容量发电机断路器TRV开断特性及抑制措施研究

发电机断路器(GCB)位于发电机组和升压变压器之间,针对负荷电流高达50 kA、故障电流高达200 kA以上的大容量机组,GCB传导和开断电流远高于线路断路器,在开断过程中,GCB两端会产生非常严重的瞬态恢复过电压,威胁GCB的可靠性。文中基于某大型核电站的实际接线,单机容量为1 722.2 MVA,利用EMTP-RV仿真计算研究了GCB在各种故障下开断时的TRV的电磁暂态特性,分析配置不同容量电容器对TRV幅值和陡度的影响效果。提出了采用辅助断口装设非线性阻尼电阻抑制TRV的方法,并给出了非线性阻尼电阻参数选取原则,并通过仿真验证了其可行性,针对失步故障非线性阻尼电阻可使TRV幅值降低29.2%,具有更高的灵活性与经济性。

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。

500 kV限流器接入对南网系统过电压的影响分析

串联限流电抗器能有效限制500 kV电压等级的短路电流,但其接入系统后会影响系统的过电压水平,需要进一步进行安全校验。以广南站500 kV/90 kA限流器示范工程为背景,利用电磁暂态仿真软件EMTP研究500 kV限流电抗器自身的过电压以及限流电抗器接入后对系统的工频过电压、操作过电压、线路断路器的暂态恢复电压,以保证系统与设备的安全运行。结果表明,无论是否采用限流电抗器,顺德-广南500 kV线路无故障甩负荷和单相故障切负荷时的工频过电压均在允许的范围内;500 kV限流电抗器接入后的顺德-广南500 kV线路合闸操作过电压未超过标准允许范围,变电站及限抗站金属氧化物避雷器MOA能耗及电流与其设计参数相比有很大的裕度。

不对称短路故障下多风电场电压控制方法研究

由于风电场往往处在电网末端,与负荷中心呈现逆分布特点,系统在不对称短路故障条件下具有较差的电压支持能力,风电机组的低电压运行适应性能受到严峻挑战。因此,有必要进一步结合风电并网导则,研究提升电网故障下多风电系统低电压运行适应能力的控制方法。论文首先建立了多风电系统的正负序等效电路,分析了影响系统公共连接点电压的因素。其次,分析了不对称故障下单风电场电压控制的限制条件,然后以改善不同运行场景下风电系统低电压运行适应能力为目标,提出了多风电系统暂态电压协同控制方法。最后,建立了多风场暂态电压控制仿真计算模型,仿真结果表明所提方案可有效改善公共连接点暂态电压水平,并灵活实现最大风能跟踪,为有效提升多风电系统的低电压运行适应能力奠定基础。

电网三相短路故障下并网虚拟同步发电机的暂态特性评估与提高

与同步发电机相比,虚拟同步发电机(VSG)的显著缺点是没有过流能力,故障发生时的过电流会损坏逆变器的器件。对此,研究电网三相短路故障下VSG的暂态问题综合考虑了电压控制和功角稳定性电流限制,通过增大虚拟阻抗和改变有功功率参考值,可限制VSG输出电流,保持VSG功角稳定。此外,细化和定义了电网三相短路故障VSG的暂态过程阶段,研究了虚拟电感和功率参考值在各阶段的调节范围,并提出了改善VSG短路故障暂态特性的控制策略。

变电站内短路电流暂态过程及其影响因素

变电站内发生短路接地故障时,短路电流进入地网后会引发一系列的安全问题。由于电力系统内储能元件的作用,短路电流在故障初期存在暂态峰值较高的暂态振荡过程,会对站内人身和设备的安全带来更大的威胁。为此,对某变电站内的人工单相短路接地故障的短路电流进行了现场实测,并与模拟计算结果进行了对比。实测和计算均表明,短路电流初期存在暂态过程,暂态峰值较高且会持续一段时间。模拟计算可以用来分析变电站短路电流的暂态特性,为工程实际提供参考。基于该计算方法,分析了短路电流暂态过程的主要影响因素及其规律。研究结果表明,当短路相角接近90°或者270°、变电站接地电阻较小以及出线数量较少时,短路电流的暂态过程较为剧烈,衰减系数较大。

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。

电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析

高温超导故障限流器(SFCL)因集自触发、限流、损耗较小等优点已成为解决目前电网短路故障问题的有效设备,为电力系统中电能的传输质量和稳定性提供了有效保障。该文通过对YBCO超导材料电、热性能的分析,建立电阻型超导限流单元瞬态电阻与其通过的电流和所在环境温度变化规律的数学模型。应用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行线路建模和短路故障运行状态模拟,并联合采用Matlab构建等效数学模型。通过数值暂态联合仿真分析,获得单相短路故障情况下与三相短路故障情况下超导故障限流器的限流比率及超导限流单元的电阻和温度变化特征。并对超导带材进行冲击电流试验,验证其电阻变化规律。计算和分析结果表明,在不同强度的短路电流冲击下,高温超导故障限流器产生的瞬态电阻受短路电流幅值和变化率影响较大。阻值变化的速率随短路电流变化速率的增大而增大,因此对于不同程度短路电流需采取不同的限流保护策略。该研究对超导限流器距离保护的研究提供了时间维度的参考,对掌握各种复杂拓扑类型高温超导限流器限流特性具有参考意义。

新型固态故障限流器对电力系统暂态稳定性的影响

基于固态限流器在电力系统中应用的研究,以一个简化的单机对无穷大系统发生三相对称短路为例,从系统暂态稳定的角度,分别详细分析了电抗型与电阻型两种新型固态限流器的行为特性,验证了固态限流器对于提高系统暂态稳定性的显著作用,归纳出电抗型限流器与电阻型限流器作用于系统暂态稳定特性的特点与差异。

±1100kV“疆电入川”特高压直流输电对四川电网安全稳定影响

文中建立了包含四川220 kV及以上电压等级系统和主要互联省网等值系统的详细机电暂态仿真模型,在BPA平台对2015年包含"疆电入川"直流的四川电网运行稳定性问题进行了全面计算和分析。通过负荷中心近区发生单重和多重故障时的暂态稳定计算,分析了逆变站单极、双极闭锁对四川电网安全稳定性的影响。进一步研究了枯期留电方式、系统负荷水平和受端系统强度变化情况下"疆电入川"特高压直流双极闭锁时系统安全稳定性。

用相关函数原理识别变压器励磁涌流和短路电流的新方法

变压器采用纵联差动保护时,如何正确识别励磁涌流和内部故障时的短路电流是关键问题。文章将变压器励磁涌流和各种内部故障电流均看作随机信号,应用数字信号处理中的相关函数原理对采样数据进行分析,计算采样数据的自相关函数,并与正弦电流形成的标准自相关函数进行相似比较运算,利用相似系数大小区分短路电流和励磁涌流。理论分析和动模试验结果验证了该方案的可行性。

中性点不接地配电网电弧接地故障建模与分析

电弧接地故障是中性点不接地中压配电网最常见的故障类型之一,有必要合理建模并分析其非线性特征。传统方法多依赖于电弧黑盒模型的仿真分析,电弧非线性对故障暂稳态特征的影响难以定量计算。针对该问题,遵循突出电弧中、低频主要特征以简化电弧模型的思路,提出适用于故障暂稳态过程分析的复奇频电压源串联电弧等效模型,结合不接地系统故障复合网络,定量给出不同过渡电阻下电弧接地的暂态电流解析表达式,并分析故障稳态电流的谐波特征。通过仿真计算与现场试验数据验证所提算法的有效性,为后续中性点不同接地方式下电弧接地故障保护的研究提供了理论依据。

小容量发电机出口断路器的瞬态恢复电压研究

为深入地研究小容量（≤30 MW）的发电机组出口是否也应装设GCB,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC计算分析了系统中发生失步故障及三相短路故障情况下,12~30 MW小容量发电机出口断路器的瞬态恢复电压（transient recovery voltage,TRV）,并研究了降低TRV上升率的措施,从TRV上升率的角度出发确定在何种条件下普通配电型断路器可以替代GCB安装在发电机出口处。计算结果表明：在12、15、18、20、22、30 MW的小容量发电机回路中,分别在发电机出口断路器靠近变压器的一端加装电容量为0.2μF、0.3μF、0.4μF、0.5μF、0.6μF、0.8μF的电容器时,可有效地将TRV上升率降低至0.34 k V/μs以下,此时普通配电型断路器可以替代GCB安装在12~30 MW的发电机出口处。

电容隔直可控开断桥法抑制变压器直流偏磁

高压直流输电以单极大地回线方式运行时,会造成附近变压器直流偏磁。本文针对这一现象,提出一种中性线电容隔直可控开断桥的新电路拓扑结构,来抑制直流偏磁。与传统电容隔直电路相比,利用桥路中直流电感来限制故障初期短路电流上升变化率,且无需控制系统响应,瞬时自动投入,从而避免暂态电流冲击损坏电容器。确保了中性点有效接地,使控制系统有充足的响应时间切换工作方式。并详细给出电路的等效结构,电压、电流解析结果及电容器等电路参数的选取依据。利用PSCAD/EMTDC软件对比分析了系统故障时加入隔直装置抑制瞬态冲击电流的效果。制作了小功率的隔直实验装置,实验结果与仿真相吻合,证明了该方法的有效性和实用性。

输电线行波测距中雷击与短路故障的识别

掌握超高压、高压输电线路上雷电冲击发生的位置和频次等信息,对输电线路的防雷保护及系统运行水平的提高具有重要的理论和现实意义,故而利用现有可检测与定位线路雷击的行波测距装置,提出了一种基于小波包能量谱和暂态行波特征分析的雷击与短路故障识别方法。通过对500kV输电线路的非故障性雷击、故障性雷击以及普通短路故障的仿真研究,提取出电流行波信号的特征和信号各频段的能量分布规律,结合这些特征和规律提出了对3种暂态过程进行识别和分类的具体算法。EMTDC仿真验证了该算法的正确性。

高压断路器近区故障开断试验人工数学链路的应用

为了考核断路器的近区故障开断能力,笔者对主要用于高压断路器近区故障试验的人工链路方法进行了研究。主要介绍了人工数学链路的原理、结构、优点及应用情况,对几种人工链路进行了分析比较,解决了在特高压、超高压近区故障试验等级下近区故障人工链路的问题,并获得满意的瞬态恢复电压波形。

基于故障限流器的直流多馈入受端系统动态分区技术

为提升直流多馈入受端系统的运行性能,提出一种基于故障限流器的电网动态分区技术。该技术的基本思想是根据网架结构,选择合适的交流线路安装故障限流器,从而将系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的区域。在正常情况下,故障限流器等效阻抗为0,不会影响系统的潮流分布和电压水平;当交流系统发生短路故障时,故障限流器将投入限流阻抗以限制短路电流,阻隔故障在各区域电网之间的传递,从而有效缩短直流线路换相失败的持续时间,加快直流功率恢复,缓解多回直流线路同时换相失败引起的交流系统功率不平衡和潮流转移问题,提升整个系统的暂态稳定性。以2个典型结构的直流多馈入受端系统为例,验证上述分区技术的有效性。

考虑感应电动机故障中电磁转矩变化的节点暂态电压评估方法

暂态电压稳定与负荷动态特性之间关系紧密,而感应电动机负荷特性是引起暂态电压稳定的重要原因。利用极限切除时间来评估负荷节点暂态电压稳定状况已有研究,但相关研究都忽略了故障中感应电动机电磁转矩的变化对极限切除时间的影响。为进一步准确求得极限切除时间,对计及故障中感应电动机电磁转矩的变化的极限切除时间进行了研究,建立了感应电动机电磁转矩的数学模型,求得了极限切除时间。极限切除时间反映了负荷节点暂态电压稳定状况,在综合程序(PSASP)中对EPRI36节点系统进行了仿真和对比,仿真结果验证了所述方法的有效性。

三相五芯柱变压器内部故障仿真模型研究

传统的电力变压器内部故障模型都是基于绕组的分析方法,忽略漏磁通、变压器铁芯涡流效应,且考虑铁芯非线性较少。为能进一步准确地描述变压器内部故障的暂态过程,并深入了解变压器内部故障机理,基于结构为三相五芯柱变压器模型,采用磁路分析方法建立了计及涡流效应、漏磁通及铁芯非线性等因素的三相五芯柱变压器内部故障仿真模型。模型从三相五芯柱变压器磁路出发,建立了磁链方程、电压方程,并根据铁芯和铁轭的磁通和电流关系及磁路关系列出磁导计算方程;给出了仿真模型的参数确定方法,其中参数确定与变压器的结构紧密相关。为了验证仿真模型的有效性,用该模型仿真了故障后较长时间进入稳态的情况,其结果与稳态的电路方法电流有效值计算结果相一致。仿真结果的暂态趋势与试验结果基本一致,从而验证了该模型的有效性。