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。

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。

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。

故障相桥臂转移接地消弧装置直流侧电压控制方法

为解决传统三相直挂式柔性消弧装置非故障相桥臂承担线电压的问题,提出一种故障相桥臂转移接地的消弧方法。该方法通过开关控制故障相桥臂转移接地,母线电压由故障相桥臂与非故障相桥臂共同承担,三相桥臂共同输出电流,以实现消弧。针对级联H桥直流侧需独立供电的问题,提出分布式电压平衡换流调制方法。该调制方法根据H桥输出状态和电流方向对直流侧电容充放电的影响,有选择地改变H桥的输出状态,进而实现直流侧电压的稳定。使用该调制方法的消弧装置无须在直流侧配备独立供电电源,在消弧过程中能保持H桥直流侧电压稳定。最后,采用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果证明了所提方法的有效性。

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。

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。

基于改进Hough变换的消弧线圈接地配电网故障选线新方法

针对配电网在电压过零点和高阻故障时刻选线不准确的问题,提出一种适用于谐振接地系统单相接地故障的选线新方法,利用优化后的变分模态分解对各馈线零序功率进行处理,遴选出与原始零序功率相关强度最高的本征模态函数IMF(k),将IMF(k)转换为JPG格式的二维图像,再利用Hough变换检测技术,得到故障起始阶段IMF(k)的拟合直线及夹角;对各支路模态量拟合直线夹角进行比对处理,将最小综合相关系数值对应的馈线确定为故障馈线;仿真结果表明:该方法不受接地电阻、故障相角、噪声干扰、数据缺失等因素的影响,验证了所提方法的有效性。

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。

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。

基于暂态时-频特征差异的配电网高阻接地故障识别方法

高阻接地故障发生时,故障特征微弱,传统故障识别方法存在特征提取困难、阈值选取灵活性较差的技术瓶颈,导致极端故障场景下出现漏判。为此,提出基于暂态时-频特征差异的配电网高阻接地故障识别方法。首先,结合小波包香农熵量化分析高阻接地故障与正常扰动工况暂态信号的时频分布,发现二者存在显著差异:频域上,扰动工况信号的能量集中于低频,而高阻故障信号能量分布相对均匀;时域上,扰动工况信号能量集中于时间窗的前半段,高阻故障信号能量在整个时间窗内均匀分布。在此基础上,以暂态信号时-频域波形作为输入样本,将传统卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)模型中的softmax分类器改进为支持向量机(support vector machine,SVM)分类器,构建适应配电网高阻接地故障识别小样本场景下的CNN-SVM复合分类模型,以卷积层作为特征提取器,以SVM作为分类器,实现高阻接地故障识别。最后,为论证所提方法具有强适应性的内在原因,利用LIME可解释性分析算法可视化展现模型训练过程中的高关注度区域,从模型分类原理层面证明所提方法不受各种故障条件的影响,克服了传统故障识别方法在极端故障场景下出现漏判的缺陷,能准确识别配电线路末端10 kΩ高阻接地故障。

综合零序电流信号分量的单相接地故障选线方法

文章提出了一种优化变分模态分解(VMD)参数与综合零序电流信号分量的选线方法,旨在解决目前矿井经消弧线圈接地供电系统发生单相接地故障时,存在的故障信号特征提取困难、噪声信号影响严重等问题。该方法利用鲸鱼优化VMD参数对零序电流信号进行分解,并根据非工频分量能量、工频分量极性和波形相关性的多重判据进行故障线路判别。利用RTDS/RSCAD搭建矿井供电系统模型,仿真测试了不同的故障情况,包括不同故障线路的故障接地电阻、故障初始相位角、故障点位置。结果显示,无论故障条件如何,该方法都有更加准确和可靠的选线结果。

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。

同步发电机励磁变压器低压侧单相接地故障识别与定位方法

同步发电机励磁变压器低压侧未配置零序电压接地保护,当发生单相接地故障时会造成转子接地保护动作,从而误导故障排查方向。为实现励磁变低压侧单相接地故障准确识别与定位,利用叠加原理分析发生单相接地故障时转子对地电压的故障特征,提出当转子对地电压工频分量与励磁变高压侧相电压之比超过判据门槛,且转子对地绝缘电阻值较低时,判定故障点在励磁变压器低压侧。进一步地,通过分析转子对地电压工频分量与励磁变高压侧相电压的相位关系,实现励磁变压器低压侧接地故障相判别。通过仿真模型和动模实验验证了所提方法的正确性和有效性。

针对海上风电场汇集线路单相接地故障的柔直侧新型距离保护方案

海上风电场汇集线路发生单相接地故障时,线路两侧短路电流分别由风电机组换流器和柔直换流器提供,由于正序、负序与零序网络串联,在传统大电网存在场景下不受控制影响的零序电流也将像正序和负序电流一样呈现幅值受限、相位受控特性,柔直侧距离保护无法正确识别单相接地故障。该文建立海上风电场汇集线路单相接地故障时的复合序网,分析汇集线路两侧故障特性,在不借助线路双端通信的前提下,利用柔直侧负序和零序电流准确求取风机侧零序电流。基于此,构建关于故障距离的方程,提出柔直侧新型距离保护方案,解决了双端均为逆变型电源的线路中零序电流受控导致距离保护性能下降的问题。此外,所提保护方案受风电场无功支撑策略、过渡电阻大小及性质影响小。测试结果表明,该保护方案可以准确识别海上风电场汇集线路区内外单相接地故障。

灵活接地系统小电阻退出暂态特征及对暂态故障选线方法影响

灵活接地系统发生高阻接地故障时,中性点小电阻并联阶段保护往往拒动,仍需考虑小电阻退出时的暂态特征对已有暂态故障选线方法的影响。并联小电阻退出时伴随一定的暂态过渡过程,文中针对此过程建立灵活接地系统单相接地故障暂态等值电路。分析了并联小电阻退出时系统各暂态电气量特征、不同故障情况对暂态电气量幅值的影响、暂态零序电流与暂态零序电压的约束关系,明确并联小电阻退出后暂态量对暂态故障选线方法稳定性的影响。当灵活接地系统高阻接地故障小电阻退出时,产生的暂态电气量将导致暂态幅值比较法、暂态极性选线法、暂态功率方向法误动,但暂态零序电流投影法选线正确,仿真验证了分析结果的正确性。