基于深度学习的高压输电线双极短路故障检测

高压输电线路通常比较长且所处环境复杂,检测输电故障时易受到其他电气设备的电磁信号干扰,引起误判。为了提升高压输电线线路运行的稳定性,提出一种基于深度学习的高压输电线双极短路故障检测方法。将母线的电压幅值以及相角作为故障检测的输入项,实现故障数据的归一化和降维,获取全新的故障数据时间序列。基于此,采用改进的ITD分解提取特征值,经过特征选择后将融合的特征矩阵输入深度神经网络中训练,对故障完成精准分类,实现高压输电线双极短路故障的检测。实验测试结果表明,采用所提方法可以获取较高的高压输电线双极短路故障检测精度,同时还可以有效提升故障检测效率,有效保障了高压输电线线路的平稳运行。

配网直流变压器双极短路故障穿越方法

采用传统输入串联输出并联(ISOP)拓扑的配网直流变压器在系统发生双极短路故障时,如果不采取故障限流措施,模块电容会快速放电,故障清除后必须经过缓启充电等复杂时序完成恢复重启,无法实现故障穿越。文中提出一种基于改进型ISOP拓扑,利用故障电流阻断及限流控制实现系统故障穿越的方法。首先,理论分析了基于改进型ISOP拓扑结构的配网直流变压器系统中压侧故障穿越过程的3个阶段及其数学模型。然后,分析了基于故障限流原理的低压侧故障穿越方法及故障穿越时间的设计原则。最后,通过搭建实时数字仿真(RTDS)硬件在环半实物仿真平台进行了验证,仿真结果证明了该双极短路故障穿越方法的可行性和有效性。

基于MMC的直流输电系统双极短路故障保护策略研究

直流侧故障的区间识别和准确定位是多端柔性直流电网亟需解决的重要问题。利用双极短路故障的电流特征,提出了一种基于Pearson相关系数的故障区间识别方法。根据故障后电流的最大值及其对应的电压值,提出了一种基于双端非同步电气量数据的故障定位方法。设计了包括故障启动、故障区间识别、故障定位、故障隔离在内的线路保护方案。该方案通过利用本地的电气量来实现线路保护,具有较强的耐受过渡电阻和抗扰动的能力。在PSCAD平台上搭建了一个四端柔性直流输电系统,经大量的仿真验证了所提出的故障区间识别和故障定位方案的适用性和准确性。

基于MMC的多端直流电网双极短路故障电流计算

直流侧故障切除能力是衡量直流输电系统的重要指标。针对子模块采用半桥拓扑的模块化多电平换流器(MMC)直流侧发生双极短路故障的机理进行分析,定量研究了影响故障电流峰值的主要因素;并将结论延伸至多端直流电网,提出了不同电网拓扑和不同位置发生故障后10 ms内各换流站出口、线路电流的计算方法;在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建三端电磁暂态仿真模型,并将故障电流计算结果与仿真结果进行对比验证,结果表明所提计算方法具有一定的精度和速度,对直流电网规划、直流断路器选型具有一定的指导意义。

光伏中压直流汇集系统双极短路特性分析及连锁过电压抑制

为了解决光伏中压直流汇集系统直流变压器中压侧双极短路故障问题,根据系统拓扑划分为直流线路送端和受端2种情形展开详细讨论,通过不同的故障回路计算出双极短路时网侧和机侧对短路点的故障电流分量,给系统保护的参数整定提供依据,进一步分析了其直流低压母线连锁过电压产生机理,并提出过电压的有源抑制方法,避免了光伏阵列频繁解列。仿真结果表明,换流站和直流变压器出口处配置限流电抗器可大幅降低短路电流的上升速度,通过改变光伏模块的稳态工作点可迅速抑制低压直流母线电压上升。论文研究可为中低压直流配网示范工程建设新能源汇集提供理论及技术支撑。

考虑瞬时功率特性的高压直流电网双极短路故障识别技术

高压直流电网运行过程中,由于受到负载特性和电压波动等因素影响,电容电流及谐波等瞬时功率特性较为复杂,增加了对电网系统故障的识别难度。为此,提出考虑瞬时功率特性的高压直流电网双极短路故障识别技术。通过建立高压直流电网拓扑结构模型,分析高压直流电网的双极短路故障;结合高压直流电网端点的瞬时功率特性判断出双极短路故障发生区域。利用双端故障电流最大值定位法获取双极短路故障定位,完成对高压直流电网双极短路的故障识别。实验结果表明,所提方法对高压直流电网双极短路故障定位识别精度较高,提升了故障识别效率。

环形直流微网短路故障分析及保护方法

以环形风电直流微网为研究对象,深入分析直流母线发生双极短路故障时电压源变流器(VSC)的故障特性,并据此提出以电流差动保护为主保护、欠电压保护为后备保护的环形直流微网故障定位与保护方案。该方案通过检测直流线路的输入、输出电流及其差动电流来定位和隔离故障线路,并配备欠电压后备保护以确保故障下直流微网系统的安全运行。基于MATLAB/Simulink对环形直流微网进行仿真研究以验证所提保护策略的可行性。仿真结果表明,在线路发生双极短路故障时,保护系统能够根据线路差动电流值做出快速响应,从而实现了直流微网系统短路故障的定位和隔离。

基于MMC的光伏直流升压并网系统故障分析及限流控制策略

基于模块化多电平换变流器(modular multilevel converter,MMC)的光伏直流升压并网系统为大容量并网提供了更多的可能。而光伏升压系统直流侧发生故障时暂态过程复杂,故障电流上升迅速且峰值过高。针对此问题,首先对系统直流侧双极短路故障时的直流升压变换器与MMC换流站进行了故障过程分析,并通过故障回路分别计算出了可靠闭锁下流经短路点的故障电流。然后针对MMC换流站的故障电流,依据其控制原理,提出基于电压变化的主动限流控制策略。该控制通过引入电压变化量动态改变桥臂参考电压,从而限制故障电流。最后通过PSCAD仿真模型验证了故障分析结果与限流效果,经检验,该控制策略可以有效减小断路器的开断电流以及桥臂过流峰值。

集成故障阻断能力的DC/DC自耦变换器

高压大容量DC/DC变换器是多电压等级直流互联的关键设备,能够实现电压变换和直流侧故障隔离等功能。使DC/DC变换器具备直流故障阻断能力,减少对直流断路器的依赖,能够在很大程度上降低建设成本。为此,提出一种基于半桥型模块化多电平换流器串联的DC/DC自耦变换器拓扑。在功率正送和功率反送两种工况下,分析DC/DC变换器两侧分别发生直流双极短路故障后的故障响应,并提出对应的故障隔离策略。针对不同工况下的双极短路故障,在PSCAD/EMTDC平台上进行仿真。仿真结果表明所提出变换器具备双向阻断直流故障的能力,与其他类型的DC/DC自耦变换器的对比分析结果验证了所提出变换器的经济性。

直流故障下VSC换流器本体馈流过程分析

两电平电压源型换流器（voltage source converter，Vsc）内部电力电子器件的单向导电性和储能元件快速充放电使换流器在直流故障闭锁初期暂态馈流过程复杂，为换流器本体故障分析带来挑战。该文对柔性直流系统vsC换流器在双极短路故障初期的暂态馈流过程分阶段进行研究，通过分析馈入电流变化率极限，定义两个用于判别所研究阶段换相情况的时间边界，根据换流器故障初期的换相情况可大致对应出不同直流故障区域。提供更为详细的故障分析手段，为将来的保护和故障定位研究奠定基础。PSCAD仿真结果验证分析的正确性，同时也表明仅利用故障初期换流器本体开关信息对双极直流故障具有一定的分区能力。

具有直流故障阻断能力的逆阻型混合子模块拓扑

柔性直流输电系统发生直流侧双极短路故障是目前存在较为严重的问题。为了实现故障清除,在半桥型模块化多电平换流器(Half-bridge modular multilevel converter,HBSM-MMC)的基础上,基于逆阻型绝缘栅双晶体管(Reverse-blocking insulated gate double transistor,RB-IGBT)设计了具有故障阻断能力的逆阻型混合子模块拓扑结构(Reverse-blocking hybrid submodule,RBHSM)。然后在此基础上,分析了RBHSM的故障电流阻断机理,推导了故障电流解析表达式。在故障闭锁阶段,子模块中所有电容均串入回路,始终提供2UC的反电动势实现故障电流阻断。最后,以该子模块拓扑为例,在PSCAD/EMTDC软件中搭建RBHSM-MMC仿真模型,验证了所提子模块拓扑的正确性。仿真结果表明,所提出的新型子模块拓扑结构能够迅速实现故障电流的阻断,且在故障阻断过程中始终提供2UC的反电动势。

MMC型换流器双极故障电流影响因素分析及其优化

针对采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统的双极短路故障,在建立单端故障电流表达式的基础上,详细分析了换流站级控制、阀级控制、换流站运行水平对故障电流的影响。利用反证法,通过理论计算与仿真验证相结合的方式,得出故障发生后6. 0 ms内,站级控制不影响故障电流,阀级控制对故障电流有非线性影响,运行水平影响故障电流增长速度与峰值时间等结论。根据所得结论,提出了可以限制故障电流水平的阀级控制优化措施。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建四端MMC模型,验证了所提优化措施的有效性。