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。

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D-S证据理论的配电网接地故障原因综合辨识模型

单相接地故障(single-phase-to-ground fault,SPGF)是配电网中最常见的故障,严重影响配电系统的可靠性和安全性,准确辨识SPGF可以提高配电网接地故障处理的精细化水平。首先,从故障波形中提取能有效反映不同接地故障原因的多域特征组成候选波形特征集,通过多元方差法分析波形特征与接地故障原因的相关性,筛选识别接地故障原因的有效特征;然后,分别设计基于极限学习机和支持向量机的故障原因辨识模型,利用Dempster-Shafer(D-S)证据融合理论对模型的识别结果进行融合,建立了接地故障原因综合辨识模型;最后,基于现场数据对所建立的综合辨识模型的有效性进行了验证,结果表明综合辨识模型优于任何单一辨识模型,验证了该模型的优势和可行性。

高阻型单相接地故障信号的暂态分量影响因素研究

高阻型单相接地故障信号的暂态分量,在故障过渡电阻这一主要影响因素之外,还受到以下影响因素的制约,进而影响暂态判据选线的准确度:配电网发生故障时所运用的系统接地方式、故障发生时的相角、故障发生点距母线的距离、故障发生出线的长度等。其中系统接地方式由于为配电网系统本身的设计所导致,不受故障本身随机性的影响,因而其影响对于研究高阻型单相接地故障特征的暂态分量具有基础意义。本文利用了Matlab-Simulink仿真平台,重点针对过渡电阻阻值、中性点接地方式对高阻型单相接地故障暂态分量的影响进行了仿真分析,着重探究了过渡电阻阻值以及几种中性点非有效接地方式,在接近真实情况的三相不平衡条件下对高阻型单相接地故障暂态分量的影响。结果表明高阻型单相接地故障的过渡电阻较小、系统消弧线圈补偿度较小或中性点不接地,将影响高阻型单相接地故障信号的暂态分量并使得其强度较大、信噪比较高。

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。

基于故障相电压与零序电流相位比较的中性点不接地系统高阻接地故障保护方法

为降低电力线路故障引发森林火灾的风险,中压配电网接地保护须可靠检测过渡电阻为12kΩ的接地故障。穿越林区的10 kV中压配电系统主要采用中性点不接地方式,现有保护方法依赖零序电压检测故障方向,耐过渡电阻能力不超过6 kΩ,无法满足防治森林火灾的要求。为此,提出了一种基于相电压与零序电流相位比较的中性点不接地系统高阻接地故障保护方法,作为高阻接地故障的后备保护。通过中性点不接地系统高阻接地故障等值电路分析,发现在现有保护的动作死区内,故障相电压与故障线路零序电流近似同相,与健全线路零序电流近似反相的规律,使用故障相电压作为极化量,构造了通过故障相电压与零序电流的相位关系来判断故障方向的高阻接地故障保护方法。相较于现有保护方法,所提方法的耐过渡电阻能力从6 kΩ提升至12 kΩ。所提方法能可靠检测导线触树故障,将保护能力边界提升至防范森林火灾的安全范围内。数字仿真与现场人工试验均验证了所提方法的有效性。

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。

配电网相电压不对称动态变化下的高阻接地故障辨识

配电网单相高阻接地故障与相电压不对称动态变化间具有相似的中性点位移电压波形,易引起接地保护的误判。为此,该文建立不对称导纳矢量模型,通过分析相电压不对称动态变化的原因,揭示非故障条件下中性点位移电压的变化机理。同时建立故障电路全响应模型,刻画中性点位移电压随过渡电阻的变化轨迹,研究高阻接地故障和不对称导纳动态变化时的位移电压稳态重合区域及暂态特征差异。在论证二者稳态特征存在混叠的同时,揭示暂态过程中故障初相角对中性点位移电压直流衰减分量的影响规律。采用经验小波变换提取中性点位移电压直流衰减分量和高频分量,并利用直流衰减分量辨识故障;对于特定故障初相角导致的直流分量无法检测场景,提出基于方差贡献率的重心频率分布特征判断方法辨识接地故障。仿真分析表明,该方法为5 kΩ及以下的高阻接地故障与不对称导纳动态变化提供了明显的区分特征,为单相接地故障的准确辨识提供了新思路。

融合稳态和暂态特征量的接地故障选线方法研究

单相接地故障是配电网运行时发生概率最高的故障,但接地时存在电气故障特征弱、外界干扰大的情况,使得配电网存在接地选线困难的问题。对此,提出基于稳态和暂态故障特征量相融合的配电网接地选线方法,分析单相接地时接地故障线路与非故障线路对地电容电流突变量五次谐波分量在幅值和相位上的差异性,利用经验小波变换提取故障零序电流的低频分量综合相关系数和高频分量相对权重系数,并利用模糊神经网络实现融合特征量与故障的非线性映射诊断。建立配电网接地故障仿真模型,通过多重干扰下的选线对比分析,验证了本文方法的有效性和优越性。

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流、高次谐波、零序分量以及频率分布等故障特征。研究结果表明:改进后Cassie-Mayr联合模型不但解决了电弧电流从大电流到小电流的转换突变问题,且不同模型权重占比的分配更能准确地表征实际燃弧弧道阻抗变化的随机性;通过设置电弧燃弧时间长短,准确地描述间歇性重燃的随机性;电弧断续时刻为非整数周期下的过电压、过电流幅值高于整数周期;电缆线路增大了故障线路电流,过电流可达3.81~7.20pu,不利于熄弧;大电流系统故障相零序电流主频在0~400Hz,小电流系统故障相零序电流主频在1200~1600Hz。

基于XGBoost的配电网高阻接地故障检测方法

配电网高阻接地故障具有电气量微弱、与正常运行工况相似等特点,因此难以检测。针对传统指标阈值法常由经验整定,在复杂环境下适应性较差、灵敏性不足等问题,提出一种基于极端梯度提升(extremegradient boosting, XGBoost)的配电网高阻接地故障检测方法,以避免复杂的阈值整定。首先,通过建立10 kV中压配电系统高阻接地故障的等效模型,获取高阻接地故障和正常运行工况的零序电流数据。然后,在对数据进行归一化处理的基础上,利用XGBoost直接从原始量测信息中学习其与高阻接地故障的映射关系,构建高阻接地故障检测模型,以降低因特征提取产生的误差。最后,大量仿真结果表明,所提方法对高阻接地故障检测具有较好的灵敏性和速动性,并且在噪声和数据缺失等情况下表现出较强的泛化能力。

基于损失特征矩阵的CHB-BESS模块间接地故障诊断

模块间接地故障是H桥级联型电池储能系统(cascaded H bridge based battery energy storage system,CHB-BESS)的易发故障,快速诊断故障位置对减少故障损失至关重要。模块间接地故障的故障特征主要体现在零序电流上,会受到接地过渡电阻的影响。为实现接地过渡电阻不确定情况下,故障模块位置的快速准确鲁棒定位,本工作提出了一种基于损失特征矩阵的快速故障诊断方法。首先,本工作建立了零序等效电路模型;然后,将零序电流模型离散化;接着,提出基于损失特征矩阵的定位方法,该方法使用拓扑矩阵描述故障位置和过渡电阻的遍历信息,基于离散化模型来遍历计算零序电流,将计算结果与测量结果的偏差记录在损失特征矩阵中,通过偏差最优解确定故障位置;其次,本工作证实了故障定位问题作为最优化问题具有最优解唯一性,偏差最优解在接地过渡电阻不确定的情况下可获得准确的故障发生位置;最终,基于最优解唯一性提出了最优化计算的加速方法。实测表明,所提方法的平均定位误差仅为0.2个子模块,在接地过渡电阻较大范围不确定的情况下实现了准确定位,并且所提加速方法显著提高诊断速度。

基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法

分布式电源(distributed generation,DG)大量接入使配电网继电保护面临严峻挑战。单相接地故障发生概率大,但故障信息十分微弱,特别是在DG多样化故障输出特性的影响下,有源配电网单相故障定位的准确性常难以保证。为此,提出了一种基于模型识别的有源配电网单相接地故障定位方法。分析了配电网单相接地故障下DG的输出特性,建立了在不同故障位置下有源配电网的正序增广网络,构建了故障位置关于馈线出口以及DG输出电流的函数,建立了配电网单相接地故障位置模型,利用不同故障位置下短路电流矢量占比系数的差异性构建了新的故障定位判据。通过将单相接地故障定位问题转化为故障位置模型系数的求解问题,提高了故障定位的准确性和实用性。理论和仿真分析表明,在不同故障位置、不同过渡电阻下均能准确定位单相接地故障,具有原理清晰、故障特征量采集便捷、灵敏性和可靠性高的优点。

基于动态电阻串联的高阻接地故障精确建模

现有各类高阻接地故障模型缺乏对故障发展全过程的物理解释,难以准确模拟故障的非线性特征。该文根据现场录波数据,深入研究高阻接地故障的物理过程,归纳可知故障电流波形的非线性畸变来源于两个方面:空气间隙击穿引起的非线性与接地介质本身的非线性。据此提出高阻接地故障的故障电阻由电弧电阻和接地电阻串联组成,进而建立基于动态电阻串联的高阻接地故障新模型。首先,利用汤逊原理分析空气介质击穿过程中动态电弧的产生,建立了故障点指数电弧模型;然后,研究故障电流在土壤中的流散过程,结合土壤电阻率变化规律,求解接地电阻随故障电流变化的表达式,建立接地电阻模型;最后,在PSCAD中将二者串联,搭建高阻接地故障新模型,结合现场故障数据并与其他模型对比,验证了该文所提模型能更准确地表征不同接地介质下高阻接地故障的非线性特征,为后续研究高阻接地故障辨识提供更精确的数据支撑。

基于低压侧负序量特征的小电流系统单相接地故障检测方法

随着台区智能终端量测技术的逐步成熟,实现低压侧全息感知的同时,具备对上级中压配网的多点监测能力。提出基于低压侧负序量特征的小电流系统单相接地故障检测方法。分析了中压侧发生单相接地故障后低压侧负序量的变化规律;利用负序电流大小区分故障线路和非故障线路;提出通过负序电压与正序电压的比值系数,多点协同计算对比判断故障点区段位置,且考虑了低压侧不平衡负荷,以及故障点位于线路一端的特殊情况。通过MATLAB软件和动模实验对中低压联合配电系统的仿真计算,验证了所提方法具有良好的鲁棒性和准确性。通过智能配变终端监测上级中压配网负序量信息,实现小电流接地系统故障检测,具有实际应用和推广价值。

变电站直流系统接地故障原因及对策

变电站直流系统一般由直流母线、充电装置和蓄电池等部分组成,作为变电站内保护、测控装置、断路器控制电源等的重要负载电源,直流系统对变电站的安全稳定运行起着十分重要的作用。直流系统接地故障是变电站常见的故障类型,对变电站一次设备的可靠运行有严重危害。文章首先对变电站直流系统接地故障的类型与原因进行分析,介绍了几种变电站直流系统接地故障的判断方法,并提出了变电站直流系统接地故障的对策,旨在为变电站直流系统的稳定运行提供可靠的支持与保障。

基于集成学习的电力系统小电流接地故障自动定位方法

为实现对小电流接地故障的精准定位,降低由于小电流接地故障导致的电力系统供电服务异常,引进集成学习技术,以某电力系统为例,设计一种针对小电流接地故障自动定位方法。对比实验结果表明:设计的故障自动定位方法不仅可以实现对架空线路接地故障区段的精准识别与诊断,还可以控制小电流接地故障的自动定位误差,提高故障点的定位准确度。

基于御3小型无人机搭载的接地故障查找探测器研发

配网接地故障通过人工查找十分困难,费时费力。供电局员工利用接地故障查找仪、直流试送仪辅助接地故障查找,但是在故障查找过程中需要在山坡、密林中行走,因此,故障查询困难重重。本文针对这一情况研究一种基于御3小型无人机搭载的接地故障查找探测器,在一定程度上大大提高了配网接地故障查找效率。本文首先对研究流程及结构原理进行了深入的探讨,同时通过实施案例证明本研究具有成本低、使用便捷等优势。

配电网单相接地故障的电场检测装置研制

为了提升电场检测精度,研制配电网单相接地故障的电场检测装置。利用低通调理电路采集传感单元在电场中产生的感应电压,实时计算出线路附近的电场强度。使用COMSOL软件对输电线路单相接地故障情况进行有限元仿真,观察空间电场的变化情况。搭建工频均匀电场试验平台,对PCB传感单元进行电场强度测量校正,验证COMSOL电场强度仿真值。利用验证后的仿真值对平行半圆板电场测量传感单元进行校正,建立输电线路模型,对输电线路发生单相接地故障前后的电场强度进行测量。实验结果表明,当线路A相发生接地故障时,其周围电场强度迅速减小,而B、C两相周围电场强度增大,与仿真结果一致,电场检测精度较高。

基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障区段定位算法

针对配电网小电流系统单相接地故障定位难的问题,提出一种基于线路容流暂态信号能量流向特征的小电流单相接地故障定位算法。该算法能够在故障发生时准确识别故障线路并定位故障区间,同时对故障前后波形的离散采样数据进行软件滤波,得到线路的容流暂态信号分量,利用其能量流向特征对单相接地故障进行识别和区段定位。实验结果表明,所提算法能够准确区分出故障与非故障线路区段,具有自举性,可方便应用于就地型馈线自动化开关节点,具有较好的实用性。