浅谈变电站保护测相量

对于变电站保护而言,电流互感器与保护装置间接线正确与否十分重要。主要讨论带负荷测相量的相关问题,重点讨论了保护测相量过程中的3个重要内容:TA变比的正确性、电流相序的正确性、TA极性的正确性。同时也讨论了现场实际测量过程中,可能引起保护保护测相量不正确的相关因素。

基于饱和深度动态相量图的变压器涌流不平衡分析

为阐释高阻抗变压器三相涌流严重不平衡的产生机理,定义了可反映三相涌流不平衡特性的铁心“饱和深度”概念,并结合相量理论提出了基于饱和深度动态相量图的涌流不平衡特性分析方法。基于该方法可直观掌握变压器运行时各相铁心饱和深度随分合闸角度及时间的变化规律,从而快速辨识涌流极限不平衡的边界角度。不同分合闸角度时的数值模拟结果表明不平衡度和零序电流大小趋势基本一致,仿真和录波验证了出现涌流极限不平衡和零序电流峰值的边界角度的一致性。基于高阻抗变压器参数特征及边界角度,阐释了高阻抗变压器因原边零模涌流变大和副边环流变小两方面原因导致三相涌流严重不平衡的现象。

基于降阶动态相量模型的电感耦合式励磁系统间接励磁电流估计

电励磁同步电机(EESM)具有稀土永磁材料依赖性低、励磁磁场可控、调速范围广的优点,在新能源汽车驱动领域拥有良好的应用前景。利用电感耦合式无刷励磁技术可以有效降低传统有刷EESM的摩擦损耗和维护成本。但是,无刷励磁技术的引入导致励磁电流无法直接测量,因此提出一种基于降阶动态相量模型的间接式励磁电流估计方法。首先利用电感耦合关系将励磁电流的直接估计转换为间接估计,有效地提高了算法的鲁棒性;然后推导出励磁电流降阶动态相量估计模型,进一步提高间接估计方法的精度;接着考虑电流谐波影响,提出变系数改进方法;最后通过仿真和实验验证了估计方法的有效性。

交叉互联高压电缆护层保护器故障对同回路两端护层电流相量差的影响

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障,在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路,在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在护层保护器正常和故障时的数学物理模型,推导了护层保护器故障阻抗与同护层回路两端直接接地点护层电流相量差的传递函数。以110 kV电缆为仿真案例,结果表明:同回路两端护层电流相量差既可以区分正常和故障状态,又可以区分不同位置护层保护器金属性接地故障;护层电流相量差相角对金属性接地和低阻接地敏感,同回路首端和末端护层保护器发生100Ω接地故障时,护层电流相量差相角偏差范围分别为17.9°~24.9°和33.4°~51.1°;216Ω接地故障时护层电流相量差相角偏差范围分别为9.4°~13.6°和12.4°~17.5°。护层电流相量差受电缆3小段不等长和相电流影响显著,受地阻抗和相电压波动影响不显著。

基于子系统划分和注入电流比的配电网故障定位方法

针对配电网因结构复杂、分支众多而难以实现准确故障定位的问题,提出了一种基于子系统划分和注入电流比的配电网故障定位方法。首先,根据末端节点数将配电网划分成若干相互独立的子系统,并在任意子系统内计算首末端节点的等效虚拟注入电流,继而可得故障点的注入电流。然后,假设将该电流在各子系统的不同节点分别注入,根据末端节点电压计算值与实测值的误差大小确定故障子系统。最后,在故障子系统内,利用首末端节点注入电流比与真实故障点的位置关系进行故障定位。所提方法仅需在首末端节点配置微型同步相量测量单元,具有较好的经济性。经Matlab/Simulink仿真测试,所提方法不仅受故障类型、过渡电阻、故障位置、初相角的影响较小,而且对负荷变化和噪声不敏感。

基于时变幅频“相量”序列的交流电力系统电感元件端口电流及功率分析

在实际交流系统中,伴随励磁及转子转速的变化,各台发电机内电势节点的幅值/频率为时变量。相量法作为分析正弦稳态电路的经典方法,已在电力系统分析中得到广泛的应用。该文针对交流输电线中的电感元件,根据其各相电压/电流瞬时值之间的时域积分关系,首先得到输电线端口的有功/无功功率与内电势幅值/频率状态之间的无穷项级数原始数学关系,进而基于该原始关系,提出时变幅频“相量”序列的新概念,对端口电流及功率的形成机制与影响因素进行分析和探讨。所提出的新概念可以把传统正弦稳态电路分析的相量法拓展至交流电力系统的动态过程,同时,利用“相量图”的几何化描述手段。该方法也为工程上简化与利用交流输电线端口功率与内电势的原始数学关系提供了一定参考。最后时域仿真验证了方法及结论的有效性。

滤除衰减直流分量的动态同步相量测量算法

在动态条件下的故障电流不仅往往含有衰减直流分量,而且其基波分量的幅值与频率也可能是随时间而变化的。正是这2个因素影响了由传统傅里叶变换得到的相量测量的精度。拓展了原来的静态信号模型,使其能正确表示信号基波分量的时变性以及衰减直流分量,再利用基波滤波器和直流滤波器来分别对基波分量的时变性以及衰减直流分量进行估计,并对短时傅里叶变换相量测量结果进行修正来提高相量测量精度。分别应用理想信号以及PSCAD/EMTDC仿真信号来检验算法的性能,仿真结果表明,虽然需要增加有限的运算量,但与传统的算法相比,所提出的算法能消除或减弱故障电流的基波分量时变性以及衰减直流分量对同步相量测量的影响,并大大提高故障电流的相量测量精度。

基于同步测量信息的电网拓扑错误辨识方法

将相量测量单元(PMU)提供的同步测量信息引入到拓扑错误辨识中,提出了一种基于同步测量信息的拓扑错误辨识算法以提高电网拓扑分析的可靠性。该算法首先在对拓扑错误进行显性、隐性分类的基础上,构建错误辨识准则,然后结合图的矩阵运算,确定PMU所量测的开关量和模拟量之间的判别关系,最后根据判别结果,对各类拓扑错误进行有效辨识。仿真算例表明,该算法能够准确对单个拓扑错误、多个拓扑错误以及同时存在多个不良数据与多个拓扑错误的情况进行有效辨识,具有可靠性高、容错能力强等优点。

孤岛运行微电网的同步定频电流控制原理与验证

现有的孤岛运行微电网的主从控制方法只适用于有大容量支撑电源的小型系统;对等控制方法存在产生功角与频率稳定问题,且不能很好地适应微电网运行条件。针对全逆变器微电网,提出逆变器利用卫星授时信号同步,产生相位相同、频率固定为工频的电流,采用I/U下垂控制实现有功与无功出力按照逆变器的容量比例进行分配;采用常规的无功补偿方法实现无功功率的就地补偿,降低逆变器的无功功率输出。通过数字仿真与物理试验,验证了所提方法的可行性与有效性。由于所有逆变器输出电流的频率与相位均相同,使得交流微电网的电压控制过程与直流微电网类似,避免了功角与频率稳定问题,控制方法简单、直接,功率分配合理。

超高压长线相量差动保护的研究

针对超高压长线电容电流对差动保护的影响 ,使用 EMTP分析、比较了普通相量差动保护和故障分量相量差动保护的动作特性。仿真结果表明 ,对于两端供电超高压长线 ,带电容补偿的故障分量相量差动保护具有明显地高灵敏度和选择性 ;仿真结果还显示 ,在单侧电源和空投于故障线路情况下 。

角形链式SVG零序环流推导及电流指令获取

在已知线电流负序分量的前提下,对角形链式静止无功发生器(SVG)零序环流进行了推导,进而提出基于瞬时功率理论的零序环流计算方法。针对角形链式SVG相电流指令信号获取难题,提出一种由零序环流与线电流指令叠加产生相电流指令的方法,所需零序环流和线电流指令根据瞬时功率理论分别计算获得。该方法可与现有的单相链式SVG控制策略结合,实现角形链式SVG综合补偿功能。在PSIM仿真环境下搭建了链式SVG仿真模型,仿真结果表明,采用所提相电流指令获取方法可实现角形链式SVG综合补偿功能,且在负载变化时具有较快的响应速度。

利用基波电流相量变化率识别行波保护中雷击干扰

输电线路遭受非故障性雷击可能会造成行波保护误动。针对该问题,通过分析短路故障、故障性雷击及非故障性雷击产生的附加电流分量的特征,提出利用基波电流相量变化率快速识别雷击干扰的方法。线路发生短路故障或遭受故障性雷击,附加电流分量中的衰减直流分量和基波故障分量导致基波电流相量变化率迅速增大;线路遭受非故障性雷击,雷击后基波电流相量变化率较小。利用S变换确定雷击或故障的起始时刻,依据起始时刻之后基波电流相量变化率的大小识别雷击干扰。EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性和可靠性。

角形级联SVG不平衡补偿的控制策略

角形级联静止无功发生器(static var generator,SVG)能够对无功和负序电流进行综合补偿,是目前高压大容量应用场合最有效的电能质量解决方案之一。针对角形SVG在电压不平衡工况下的控制问题,分析了线电压与补偿器相电流在各相链节产生的不平衡有功功率;结合相量关系,推导了满足角形SVG线电压相量与相电流相量垂直约束关系的零序电流表达式。在此基础上,提出一种适用于不平衡工况下的角形级联SVG控制方法,能够改善补偿器动态响应性能,减小负序电压对补偿性能的影响。最后,仿真和实验验证了所提控制方法的正确性和有效性。

中性点不接地系统单相接地故障的定位方法

该文以不接地系统发生单相接地故障后的零序网络特征为基础,考虑到零序电流采集时受到的来自负荷电流的影响,提出一种新的基于零序电流相量的故障定位方法。文中定量地分析了架空线路中由电流互感器误差引起的负荷电流零序分量在二次侧输出不为零从而产生的零序不平衡电流,并推导出其数学表达式,应用在定位判据的提出和判据可信度的分析中。最后通过仿真算例,模拟出实际线路零序电流采集时受到的来自不平衡电流的影响,给出了基于零序电流相量故障定位方法在实验环境下的应用。

变压器励磁涌流的相移比较鉴别方法

为了满足现代变压器保护动作快速性的要求,针对变压器铁心饱和的过程中具有非线性特性,提出了一种利用相移比较的短数据窗算法。该方法利用前一段波形估计出的基波相量经移相后与后一段波形估计的相量相比较来判别故障和励磁涌流,并给出了具体的故障判别方案。动模试验表明:该方法原理简单、易于实现,能够迅速、可靠地切除各种情况下变压器的内部故障。

基于复值独立分量分析的配电网谐波状态估计

针对独立分量分析算法在谐波阻抗未知条件下无法准确估计谐波电流幅值的问题,提出基于复值独立分量分析法的相量比例系数计算方法,来估计谐波电流的幅值和相位。首先采用复值独立分量分析法估计谐波电流相量初始值;然后考虑到系统侧等效阻抗远小于负荷侧等效阻抗,忽略线性负荷对谐波电流的分流作用,推导出2种不同情况下相量比例系数的计算方法;最终确定谐波电流幅值和相位。利用IEEE 14节点配电网系统和某地区局域电网对该方法进行验证,并与现有独立分量分析法对比,结果表明该方法能在谐波阻抗未知条件下准确地估计出谐波电流幅值和相位。

基于基相量循环移位的基波相位和频率高精度快速检测方法

基于基相量循环移位性质,指出采样序列由DFT新算法得到的基波幅角就是信号基波初相角,从而较简捷地获得了所要检测的含谐波电参量的基波分量的初相角,提高了基波相位的跟踪能力。基于等角度间隔采样原理,提出以前述所获得的基波初相角为反馈,构成相位跟踪闭环控制,以自适应调整采样间隔,实现了对被测信号频率的自动跟踪,并达到了减少频谱泄漏,提高基波检测精度的目的。DFT新算法具有递推特性,减少了计算量,实时性较好。上述结果用于有源电力滤波器中,可以精确检测出谐波及无功电流。仿真结果表明,所提出方法的正确性和有效性。

特高压母线故障暂态高频电流特征和母线保护应对措施

为计算复杂电力网络故障暂态分量的初始幅值、相位、频率和时间常数,开发了一套新的频域计算方法和研究工具。利用该工具系统分析了1000kV特高压母线故障暂态高频电容电流的特征和规律。分析结果表明高频电容电流的频率主要决定于系统参数和运行方式,幅值主要取决于故障初始电压相角和故障过渡电阻,时间常数主要取决于故障过渡电阻。在此基础上提出了谐波相量差动新原理。用相量法构造短窗滤波器从各支路故障电流中提取高频电流相量作为动作量,构成相量差动。与常规采样值差动相配合,可以将动作速度提高到半个周期。

瞬时无功功率理论坐标变换的推导及谐波电流检测原理分析

在矢量空间中建立了三维坐标系,对赤木泰文提出的瞬时无功功率理论所用的坐标变换进行了推导,通过空间坐标变换得出了2个等价的三维坐标系,并经过严格的数学推导得出了上述三维坐标系的变换因子,解决了瞬时无功功率理论的系数推导问题,直接得出了表示三相不对称系统的零序量。用旋转相量的理论解释了基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量谐波电流检测法的基本原理,文中的分析对理解和改进该谐波电流检测法具有指导意义。

基于零序PT二次侧注入信号的配电网电容电流测量新方法

在相量法的基础上,为了解决其测量系统对地电容范围小和频率组合选取困难的问题,改进了测量配电网电容电流的方法,并给出了新方法的频率选取和误差分析。改进后的方法提出在PT开口三角侧分别注入一个高频和一个低频的幅值恒定的电压信号,并测量开口三角侧的零序电流。根据等效电路,计算出配电网对地电容。理论分析和仿真试验表明:改进后的测量方法具有计算简便、测量精度高,同样适用于测量较大系统的对地电容等特点,使得中压配电网电容电流的测量更加准确、快捷。