基于短时傅里叶变换和深度网络的模块化多电平换流器子模块IGBT开路故障诊断

针对现有模块化多电平换流器(MMC)子模块故障诊断过程中所需传感器较多、测量干扰较大等问题,提出一种基于深度学习的MMC子模块IGBT开路故障诊断方法。在对MMC子模块开路故障特征进行分析的基础上,利用短时傅里叶变换(STFT)提取桥臂电压信号的谐波分量信息作为故障诊断所需的特征参数。将所得到的特征参数进行处理后构建故障诊断样本,在通过深度置信网络实现故障类型快速检测的基础上,依据不同故障类型,构建多个基于卷积神经网络的故障定位网络,进而实现开路故障的检测与定位。通过129电平的MMC系统仿真模型和降功率的MMC实验系统搭建,对该文所提方法进行了验证。仿真和实验结果表明,所提故障诊断方法可以在减少传感器数量的基础上实现子模块开路故障的诊断,提高系统的可靠性。

基于电压曲线诊断锂离子电池的故障

锂离子电池在电动汽车中应用广泛,电池的不一致性故障与内短路故障是电动汽车的严重安全隐患。采用绝对中位差方法来放大电池组故障电池的电压特性;再利用非局部均值滤波算法进行滤波,得到平滑的故障电压特征;最后,通过动态时间归整(DTW)算法计算特征值曲线之间的相似度距离,实现故障电池自动定位。使用运行车辆电压数据进行验证,发现该诊断方法对两类故障车辆均具有良好的检测效果:一是故障电池DTW距离长期偏离其他电池的不一致性故障车辆;二是故障电池DTW距离短期偏离其他电池的内部短路故障车辆。与余弦相似度进行对比,验证所提方法的准确性更高。

考虑作业环节完整性的企业车站进路选择优化

传统企业车站进路选择优化问题,即当多项作业出现在同一时空,以行车作业优先,调车作业在冲突节点前停车等待至行车作业驶离冲突节点再继续作业。现实生产过程中易造成调车作业长时间停滞等待,导致调车作业无法准时到达目标地点,破坏了调车作业环节的完整性,损害了企业车站的利益。基于企业车站行车作业与调车作业并存且调车作业数量要远大于行车作业的特点,同时考虑调车作业环节完整性,将调车作业设定一个能充分完成作业的时间标准值,并动态实时更新作业过程中节点占用时间,以判断进路冲突并进行疏解,建立以调车作业时间成本、行车作业时间成本最小的多目标进路选择优化模型。为加快遗传算法的搜索效率,结合K短路算法特点改进了遗传算法,并且以进路为基本单元针对性地设计了个体编码方案、交叉变异策略,求解该模型。最后,以具有代表性的某企业车站为例进行了验证。研究结果表明:考虑作业环节完整性的进路选择优化模型得到的进路选择方案能够有效地避免作业冲突,并且能够依据作业的优先级为车站作业选择合理的进路,快速有效地得出满意的作业方案,满足车站工作的需求。与传统进路选择方案相比,总的作业时间降低了23.26%。研究成果对该企业车站进路选择具有一定的参考价值。

基于绕组短路冲击响应时频特性的多特征联合形变判定方法

为研究变压器短路冲击信号包含的物理特征与绕组形变之间的关系,提出一种基于绕组冲击响应时频特性的特征提取及形变判定方法。基于单自由度系统的相对位移模型构建绕组的短路冲击响应谱,得到其响应点频率偏移特征。对Hilbert能量谱进行非均匀频率带宽划分,修正累积效应的影响,提取不同频带范围内的能量带熵并计算加权能量带熵,表征特定频带内的能量混乱度;构建时频矩阵,量化能量密度分布、短时能量衰减变化等细节特征,对该矩阵进行奇异值分解,根据奇异值分布特性计算每个元素的权重值。据此提出基于加权能量带熵及基频奇异值畸变率的联合绕组状态判定方法,经三组共17次短路冲击试验数据验证,冲击信号的相对能量带熵增量变化与绕组产生的累积微应变呈高度正相关,基频奇异值畸变率与绕组发生形变的规律一致,发生形变时,该畸变率的值会大于2.0,证明了该判定方法的有效性。该方法可在变压器发生短路后对绕组的状态进行预判,进而考虑是否需要进一步处理,对变压器绕组状态的在线监测具有一定的指导意义。

应用阻抗谱的锂电池模组早期内短路故障诊断

针对锂电池模组内部内短路故障单体诊断困难、检测效率低下的问题,提出应用电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻比值变化幅度的锂电池模组早期内短路故障诊断方法。所提方法基于电化学阻抗谱对内短路故障演化过程中锂电池内部电化学反应变化进行监测,利用弛豫时间分布方法针对阻抗谱特征进行量化分析。在阻抗谱由单体维度到模组维度正向推衍的基础上,筛选满荷电状态下电荷传递内阻和固体电解质界面膜内阻作为主要的评估指标,并根据阈值诊断模型搭建实验平台进行验证。实验结果表明:欧姆内阻和电荷传递内阻随着内短路故障程度的加深逐渐增大,固体电解质界面膜内阻整体呈现出逐渐减小的趋势;当模组电池数控制在8节以下时,通过阈值诊断模型对存在故障单体的模组识别准确率可以达到100%。通过对阻抗谱特征的精确辨识与分析,该方法能够有效实现锂电池模组早期内短路故障的准确诊断。

GIS设备短路电弧效应与压力释放装置设计

分析了GIS设备内部短路电弧造成的问题,介绍了GIS设备异常时气室压力上升和外壳烧穿时间的计算方法,并初步探查了GIS设备壳体的有效防护措施——压力释放装置的合理设计。同时,以某种550kVGIS设备为例,计算短路电弧出现时气室内部压力变化及壳体烧穿时间,结果表明各气室的壳体设计均满足要求,没有发生壳体烧穿、破裂的可能性。

DW450-1600操作机构在65 kA短时耐受时的强度分析

基于UG动力学仿真,建立DW450-1600低压断路器的仿真模型。基于Maxwell电磁场仿真,建立低压断路器合闸状态下的触头系统仿真模型,计算出65 kA短时耐受下触头系统所受电动斥力。再将Maxwell求出的电动斥力数据耦合至UG动力学仿真,计算出65 kA短时耐受下DW450-1600操作机构的受力情况。最后基于UG有限元仿真,建立DW450-1600操作机构的仿真模型,对操作机构零部件进行强度分析。结果表明,DW450-1600操作机构在65 kA短时耐受电动斥力的作用下受力情况有明显影响。

中压交流系统低电阻接地方式特点简析

根据中压交流系统低电阻接地方式的特点,结合继电保护和系统安全要求,介绍两种低电阻阻值计算方法,给出阻值选择的建议。此外,中压交流系统不同接地方式对设备选型有重要影响,结合标准规范要求,对设备选型差异进行梳理,以供设计人员参考。

计及运行广义短路比的多时间尺度新能源并网调度计划模型

为了保障大规模新能源并网时电网系统的稳定运行,减少弃风、弃光,首先分析了平抑新能源并网功率波动的手段,引入了新能源以任意功率并网后能够评估交流系统电网强度的运行广义短路比。其次,给出了基于日前、日内、实时3个时间尺度新能源并网调度计划策略,建立了以运行调度成本最小、运行广义短路比最大、联合输出功率波动最低为目标函数的多时间尺度新能源并网调度计划模型。最后,以火电机组、新能源场站、储能电站和高载能负荷等所构成系统为例,仿真验证了所给策略和模型的有效性。

基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法

广义短路比能有效反映多馈入直流系统受端交流电网的强度,其计算通常基于直流馈入节点处受端交流电网的戴维南等值导纳矩阵,忽略了交流电网各元件动态对电网强度的影响。本文提出了一种基于暂态数据戴维南等值参数辨识的时变广义短路比计算方法,将隐含系统元件动态特性的端口节点电压与注入端口节点功率作为辨识数据,基于多端口戴维南等值模型与最小二乘法辨识受端交流电网时变导纳矩阵,进而计算出时变广义短路比,准确地反映了系统动态对受端交流电网强度的影响。最后,以单馈入直流系统算例验证了方法的精确性,以某省级电网算例验证了其实用性,分析了负荷动态特性对时变广义短路比的影响。

基于振动偏离及加权熵的多次短路冲击下变压器绕组机械形变辨识

为了研究变压器绕组在多次短路冲击的累积效应影响下逐步机械形变问题,开展了多次110 kV真型变压器短路试验,采集了振动暂态信号和轴向压力稳态值,分析了历次短路过程中振动偏离和加权时频谱熵的变化趋势。结果表明,累积效应导致的绕组机械劣化会使振动加速度偏离未形变状态基准值,且加权时频谱熵增大;结合材料力学及绕组轴向振动动力学模型,推导出当振动加速度呈正偏离时,短路侧绕组形变形式为轴向外凸膨胀,反之为轴向内凹压缩的关联规律。最后提出并验证了一种基于振动偏差模值及加权时频谱熵联合分析的绕组形变辨识方法,该方法较传统阻抗法能够在绕组早期微小形变时更早发现机械稳定性下降。研究结果对变压器绕组形变预警具有一定指导意义。

基于环流时频图谱的抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障诊断

抽水蓄能机组作为关键电气设备,其运行连续性与可靠性对构建新型电力系统意义重大。针对抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障的状态监测易受动/静偏心及电枢反应影响,早期故障特征难以有效辨识的问题,该文提出一种基于环流时频图谱的励磁绕组匝间短路故障诊断方法。首先,根据抽水蓄能机组的结构特点及电磁感应关系,推导了动/静偏心及静偏心复合励磁绕组匝间短路状态下的同相多支路环流公式,得到了各状态下的环流特征谐波;其次,搭建了发电容量为334 MV·A的抽水蓄能机组二维有限元仿真模型,计算了动/静偏心及不同匝间短路程度下的同相分支环流大小,绘制了相应的时域、频域及时频图谱,通过对比实验验证了环流时频图谱可从时间、频率角度全面解析故障特征,有效区分偏心、电枢反应干扰与匝间短路故障;最后,基于凸极同步发电机模拟实验平台,模拟了不同故障程度的匝间短路运行状态,采集了同相支路电流数据用于环流时频图谱分析,实验结果证明了该方法可有效排除静偏心及电枢反应干扰,并以包含运行时间、特征频率及信号强度的三维图谱信息直观地展示机组的运行状态。

RVVB护套线弯折角度对过电流诱发短路故障的影响

RVVB护套线弯折处的内部导线应力有别于它处,发生过电流故障时,易在此处诱发短路故障。搭建了故障模拟电路,研究弯折角度α、电流值对短路发生过程、临界电流值、短路时间的影响。结果表明:相较于无弯折护套线,弯折的护套线发生过电流故障时,诱发短路故障的临界电流值降低了6 A(0.750Ie),即临界电流值I=4.125Ie;当I≤4.125Ie时,在所有测试角度下,护套线均不发生短路故障;当I=4.500Ie时,护套线仅在测试角度α=77°和84°诱发短路故障;当I≥4.875Ie时,在所有测试角度下均诱发短路故障,护套线弯折程度越大,诱发短路所需时间越短,且当I≥6.375Ie时,弯折角度对诱发短路时间的影响减弱,所有测试角度下诱发短路的时间趋于一致。研究结果可为电气火灾防治与调查提供基础数据。

混合型本安电路短路瞬态能量分析

目前针对本安电路本安特性的研究大多以IEC火花实验装置为实验平台,仅对单一电容电路或电感电路的放电特性进行分析,存在适用性差、实验条件要求高等问题,缺少对混合型本安电路本安特性的研究。针对该问题,在GB/T 3836.4—2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》的基础上,以截流型保护方式下的混合型电路为实验对象进行短路瞬态能量实验,通过分析短路瞬态能量释放过程,建立了短路瞬态能量数学模型,分析了等效数学模型中电容、电感、电源电压和保护时间对短路瞬态能量的影响。Matlab仿真结果表明:随着电容和电感的增大,短路瞬态能量会逐渐增大,最后趋于一个稳定值;增大电源电压会显著增加短路瞬态能量;缩短动作保护时间可有效降低瞬态能量,但只有当保护时间小于临界时间时其作用才明显。基于短路瞬态能量数学模型开发了本安电源,进行了短路实验。实验结果表明:短路电流和电压波形与理论分析基本吻合,短路瞬态能量为33.22µJ,符合本安要求,可为本安电源的设计提供参考。

用瞬时值对称分量计算不对称短路电流直流分量衰减时间常数

为解决电力系统不对称短路电流直流分量的衰减时间常数缺乏简便可行的计算理论与方法的问题,提出一种实用计算方法。该方法将基于120变换的瞬时值对称分量用于电力系统等值模型和不对称短路边界条件,导出120复合序网,通过分析特殊相直流分量的1、2、0序分量流经的120复合序网通路,导出相应时间常数的理论计算公式。EMTP仿真实验值和理论计算值验证了所提方法的正确性与适用性。

基于共模功率的交直流混合配电网单极接地故障识别方法

交直流混合配电网中高占比的电力电子设备对系统故障的识别提出了挑战,如何准确识别短路故障并采取对应的系统保护策略成为一大难题。为实现交直流混合配电网的安全稳定运行,提出一种基于共模功率的故障识别方法,通过判断基于共模功率的单侧故障信号和共模电压的极性,识别出直流线路区内外的单极接地故障,并制订单极接地故障保护策略。基于RTLAB平台搭建了交直流混合配电网硬件在环测试平台,并在系统不同位置开展单极接地故障试验。仿真结果验证了所提方法能有效识别出直流线路区内外的单极接地故障,且有较强的抗过渡电阻能力。

基于动态时间规整的输电线路单相短路接地故障识别

针对目前电力系统输电线路故障信息分析的计算繁琐、计算工作量大及耗时长等实际情况,应用动态时间规整算法(Dynamic Time Warping,DTW),实现输电线路单相短路接地故障的识别。该方法只需计算规整路径距离(Warp Path Distance,WPD)就能精确识别出故障相,首先随机选取一条输电线路设置单相短路接地故障,然后提取故障线路两端节点的各相电流作为故障信号,计算两端节点各相电流的DTW距离,基于各相电流的DTW距离识别输电线路故障,并与变分模态分解与排列熵算法(Variational Mode Decomposition and Permutation Entropy,VMD-PE)进行对比,选取IEEE 14节点标准测试系统验证。实验结果表明,所用DTW方法比传统方法更能快速识别出输电线路的故障所在相,具有很高的工程价值。

考虑蓄电池Run-time等效模型的船舶直流应急电网短路电流计算

为计算直流应急电网不同故障类型下的短路电流,便于直流应急电网开关器件的型号以及相应的保护措施的选择,提出了一种考虑蓄电池Run-time等效模型的船舶直流应急电网短路电流计算方法。与传统蓄电池的Thevenin等效模型和PNGV(the partnership for a new generation of vehicles)等效模型相比,所提方法考虑了蓄电池容量衰减、温度、循环次数、存储时长、电流倍率、自身产热等多因素的影响,对蓄电池的故障等值电路进行了精确模拟。最后,利用实际的直流应急电网短路电流仿真和实验验证了所提方法的准确性,与Thevenin等效模型和PNGV等效模型相比,不同故障下蓄电池Run-time等效模型短路电流的计算误差更小。

一种大电流接地开关设计研究

为提高对大电流接地开关设计结构的认识,提高设计可靠性,文中对某型号发电机断路器成套装置用接地开关进行了设计研究。接地开关体积小,动热稳定性考核严苛,采用经验公式与仿真分析相结合的方法,完成了满足短时耐受电流130 kA(3 s)、峰值耐受电流390 kA参数条件的接地开关设计,并通过动热稳定型式试验验证了设计的合理性和可靠性。

交流侧单相短路时直流系统提供短路电流的特性分析

随着直流输电系统的迅速发展,能否忽略直流系统对短路电流的贡献成为一个亟待研究的问题。文章基于实际直流工程的详细电磁暂态模型,对交流侧发生单相短路故障时直流系统提供短路电流的特性进行研究。通过分析故障后直流输电系统的暂态特性,提出针对短路电流计算关键值,提取并分析直流系统提供短路电流的对应分量;通过对大量仿真结果的统计分析,明确了直流系统提供短路电流的特性及其对短路电流计算的影响,得出结论:直流系统提供的短路电流会使短路电流计算中的工频短路电流初始值、对称开断短路电流的幅值减小,而短路电流峰值增大,且工程应用中短路电流计算可以不考虑直流系统。通过基于实际电网的短路电流对比计算,验证了以上结论。