MMC-UPFC单相接地故障下运行特性分析及整体保护策略设计

基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器(MMC-UPFC)是目前最全面的柔性交流输电系统(FACTS)设备,具有广阔的研究前景。但当线路发生接地或短路故障时,MMC-UPFC串联变换器可能承受过电压和短路电流的冲击而导致烧毁。结合国内外研究现状,为弥补研究空白,该文首先介绍了MMC-UPFC的基本结构,针对交流系统故障,通过分析MMC-UPFC装置在交流母线上发生单相接地故障情况下的运行状态,分析其故障特性,提出定义比例参数k,并合理选择k的值,可以使故障接地电流为0,并能保持故障线路的持续运行。针对站内故障,根据MMC-UPFC本身的拓扑结构特点及并联侧、串联侧不同的交流侧结构,提出将并联侧及串联侧分区进行保护,设计了装置的整体保护配置方案,并研究了与交流系统上其他保护的配合运行,为实际工程提供参考。然后,结合PSCAD软件搭建模型进行仿真分析。最后,以220 kV南京西环网UPFC项目中人工短路实验进行分析,验证所提故障运行特性和保护配置方案的合理性和可行性。

预充电阻高压短路散热特性数值模拟与实验研究

预充电阻工作时电阻丝常发生过热问题,这会导致设备的运行寿命减短,甚至出现电阻丝熔断及电阻器起火的问题。为了解决该问题,通过数值仿真及实验研究的方法对开发的铝壳预充电阻器进行了短路研究,结果表明:电压对电阻器的短路耐久能力影响远大于环境温度的影响,但是在最恶劣的环境(电压850 V,环境温度85℃)下,预充电阻器的最大短路耐久能力仍然超过5 s,陶瓷电阻芯的蓄热量超过14 000 J,这表明所开发的预充电阻器可靠性很高,可以满足正常的预充需求及短路过电压要求。本文研究结论可为科研人员电阻器的设计提供思路。

典型植被触400 V架空线路故障引燃试验分析

为了研究植被触低压配电线路故障是否会威胁林区防火安全,搭建了一个400 V架空线路植被触导线故障模拟试验平台,选取了林区常见的雪松和凤尾竹作为典型的植被样品,同时为了补充试验数据,还增加了葎草和爬山虎进行试验。通过分析故障时流经植被的泄漏电流、植被的温升现象和植被表面的炭化痕迹来研究低压配电线路与不同类型植被接触引燃的可能性。研究表明:雪松触单相导线故障无明显温升现象;含水率高的凤尾竹触单相导线故障温升明显,故障点附近有明显的炭化痕迹,最高温度达到95.3℃时,最大泄漏电流为180 mA;电流的热效应在故障点累积,导致该区域的温度上升和水分蒸发。随着含水率的降低,水分蒸发对植被阻抗的影响逐渐增大,进而导致泄漏电流下降,最终使温度降低直至室温,因此,植被不会自燃,也无法通过电弧引燃附近易燃物,说明低压配电线路植被触单相导线故障不会威胁林区的防火安全。特殊情况下的凤尾竹跨接两相导线故障以及葎草和爬山虎跨接两相导线故障温升明显,且伴有放电现象,在一定条件下,可发展为相间短路,产生的短路电弧会引燃故障点附近的易燃物,威胁林区防火安全。研究结果对穿越林区的低压配电线路预防山火具有重要意义。

永磁辅助磁阻发电机建压过程及短路故障运行

为解决传统永磁发电机短路故障时灭磁困难和开关磁阻类发电机电压波形差的难题,提出一种永磁辅助同步磁阻发电系统(PMSynRG)。建立该电机的数学模型,阐述其发电运行机理,并推导出带载时的稳态电压方程和三相短路时绕组交直轴短路动态电流方程。针对发电机带载时的自激建压过程进行数值仿真计算,得出自激建压曲线,验证发电机系统的建压能力。此外,针对三相短路故障进行数值仿真计算,验证了故障时三相电流小于额定电流的结论,同时还验证了三相短路时动态电流方程的正确性,证明了发电机系统具有较强的自我保护能力。最后,制作样机并完成了带载建压实验,实验结果与数值分析结果吻合度较高。

东北电网500kV人工三相接地短路试验总结

东北与华北联网后东北电网动态特性明显恶化、稳定水平大幅度下降,不同发电机和负荷模型对稳定计算的结果影响很大。虽然采取了计及励磁系统动态行为的详细发电机模型的仿真方法、在东北电网重要发电机组上加装电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)等措施,但PSS参数整定的合理性及整体匹配效果无法得到有效验证,选择电力系统模型尤其是负荷模型还缺乏足够科学依据,对所选模型与电网运行实际的贴近程度也很难做出准确的定量甚至定性的分析。为此东北电网有限公司提出了大区电网联网模式下东北电网稳定水平研究的工作思路,并于2004年3月25日和2005年3月29日在500kV电压等级运行电网上分别实施了2次人工三相完全金属性接地短路试验。试验达到了预期效果,表明根据大扰动试验的实测数据,进行电网负荷模型的校核和修正,建立适用于我国电网的负荷模型的技术路线和研究方法在工程上是可行的和有效的。

三元锂电池的过放电诱发内短路实验研究

设计了针对电池过放电特性的测试方法,并研究在不同的过放电程度下电池的内短路程度变化规律。结果表明:对于本实验所采用的三元锂电池,其过放电特性具有较好的一致性,其中SOC一致性比电压一致性更好;内短路的严重程度与过放电深度呈现非线性增长的关系。当本实验所采用三元锂电池过放电至-18%至-20%的SOC时,将发生不可逆的严重内短路现象,电池将表现成为一个线性电阻;而在发生严重内短路前,充电后的电池存在一个自修复的过程。

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。

双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究

当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park’矢量轨迹随着故障变化明显。对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park’矢量轨迹,通过对Park’矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度。

一种新型的直线异步电机参数测量方案

单边直线异步电机(SLIM)的T型电路参数是电机控制的基础,它在无速度传感器控制和在线参数辨识中更为重要。SLIM相对旋转异步电机(RIM)存在气隙大、边缘效应等,若采用RIM开路和短路试验方法,会给参数测量带来较大误差。本文提出一种适合SLIM参数测定的新型方案,只需测量电机输入端的总功率、相电压、相电流和频率4个量,计算出初级电阻、初级漏感、次级电阻、次级漏感、气隙电感和铁损电阻。电机的特性分析表明,该方法真实有效,具有一定的参考价值。

CPS短路分断能力仿真及试验

建立控制与保护开关电器(CPS)触头系统和电弧运动的数学模型,利用MATLAB仿真触头的运动过程,分析短路分断过程中短路电流、电弧电压、触头位移、触头速度等参数的变化,并通过试验验证仿真结果的准确性。最后通过对仿真以及试验结果进行分析,提出影响分断能力的因素,为后期KB0产品的设计和优化提供参考。

双馈感应风电机组联网运行仿真及实证分析

随着风电并网规模的不断扩大,风电功率波动对所接入电力系统调峰、调频等运行性能的影响将越加显著。为获得双馈感应风电机组联网运行特性并校验所建模型的有效性,进行了接于实际电力大系统的风电场短路试验。通过对实测数据的分析辨识出风电机组的动态特性;基于所建模型对短路试验进行了仿真重现。实测结果与仿真结果相吻合,验证了所建模型的有效性。

短路过渡气体保护焊参数优化

在单片机控制逆变电源平台上,开发了短路过渡控制系统,设计了合适的电流波形控制方式.采用正交试验法进行方差分析,研究了不同波形控制参数对短路过渡的影响规律.结果表明,短路电流初始上升速度和燃弧电流下降速度对短路过渡的稳定性影响较大.短路电流后期的上升速度对平均燃弧时间的影响较大,但对短路过渡周期的稳定性影响较小.在正交试验的基础上,对波形控制参数进行了优化,实现了高度稳定的短路过渡,取得了较好的焊接效果.

定子绕组匝间短路时发电机电磁转矩分析

对定子绕组匝间短路时发电机的电磁转矩特性进行了研究。分析了在考虑电机振动偏心下,定子绕组匝间短路后同步发电机的气隙磁场变化特征,然后得到内部故障发生前后电磁转矩的变化特征,特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征。同时分析了故障后发电机转子励磁电流的故障特征。利用动模实验,实测了1台容量为7.5kV·A的同步发电机不同程度定子绕组匝间短路时的电磁转矩并对其进行了离散傅里叶变换频谱分析,实验分析结果与理论分析基本一致。该结果对于电机瞬时转矩的测量、计算和运行中动态电磁转矩波形的描述具有较高的参考价值。

谐振型限流器最优投切策略研究

大负荷中心短路电流超标严重影响电网的安全稳定。谐振型限流器具有高可靠性等优点,适用于超高压电网。由于自身的结构特点,限流器的投切过程比串补复杂得多。文章分析了谐振型限流器主电路的工作特点,建立了限流器主电路的数学模型。在主电路拓扑结构的基础上设计了多种投切策略,并建立了投切策略模型,分析了其对电网的影响。在对各种模式评估的基础上得出了优化的投切策略,仿真实验验证了优化策略的合理性。

短路过渡CO_2焊接短路历程分析与控制

在剖析短路历程对短路过渡CO2焊接的焊接过程稳定性、焊接工艺性能和焊接质量影响的基础上,首先对短路历程不同阶段熔滴液桥的受力分析可知,短路初期较大的焊接电流将阻碍熔滴在熔池中的顺利铺展,而短路中后期的脉冲大电流将强化电磁力对液桥缩颈的形成;进而在依据短路期间电源输出回路电阻变化曲线对短路进程进行判断的基础上,采用在短路初期施加小电流、在中后期施加脉冲大电流、在缩颈破断前降低焊接电流的短路电流控制方法,对短路历程的控制进行了实验研究。结果表明,短路历程的一致性得到有效控制,短路过渡CO2焊接的焊接工艺性能得到显著改善。

断路器型零损耗故障限流装置的研制及试验

装设故障限流装置是解决日益严重的电网短路电流超标问题的有效技术措施之一。基于智能快速断路器技术、短路电流过零点精确相控开断技术研制了一套330 k V开关型零损耗电网故障限流装置。该装置采用模块化设计方法,在正常运行时损耗为零,短路故障发生20 ms内,可将80 k A及以下的短路电流限制在系统断路器安全开断水平。装置成功在330 k V线路上通过了带电、挂网运行和2次人工单相瞬时短路试验,验证了装置满足安全性、有效性和可靠性的要求。

改进的大功率电动机实验台检测与保护系统设计

基于项目教学法的理念,结合电动机实验教学过程中的常见问题,研制了一款大功率电动机实验台的检测与保护系统。以单片机STM32为主控单元,结合ADE7758交流信号采集、直流霍尔传感、实验选择、保护及报警等功能模块,实现实验教学过程中大功率电动机运行状态的实时监测,精确快速电子式保护与传统机械式保护相结合,设置短路实验主动保护功能、面向多对象的针对性保护功能、多路电源单开关控制功能等。测试结果表明,系统实用性强、稳定性好、安全性高,可满足实验教学的需求。

旋转磁通压缩脉冲发电机驱动电磁轨道炮实验

介绍了被动式旋转磁通压缩发电机和电磁轨道炮的基本原理。给出了 2 5MW被动式旋转磁通压缩发电机的短路实验和驱动电磁轨道炮的连发实验 ,连续将 4发 7.8g弹丸驱动到2 50m·s- 1。

电力系统短路实验控制系统的设计

介绍了一种适用于电力系统短路实验的实时数据采集和控制的系统。首先介绍了电力系统模型、控制系统的功能和整体设计,然后具体阐述了如何实现合闸角的准确控制以及如何实现定时输出。

基于绕线式高压电动机转子绝缘性能的研究

为解决高压电动机波绕转子端部绕组断路故障问题,经理论研究和试验分析后,采用提高绝缘强度、固化粘接转子绕组和铁心,用绝缘材料填充转子绕组间的间隙的措施提高转子绕组绝缘性能。模拟和现场试验证明了该法有效,可用于实际工程。