基于自学习的LSTM网络短路电流零点预测方法

短路故障在首个大半波内快速选相开断对提升电力系统稳定性具有重要意义。为此,本文研究并提出了一种基于自学习的长短期记忆(LSTM)网络短路电流零点预测方法。构建了基于自学习优化训练的LSTM短路电流预测模型,并采用循环迭代法对短路电流波形及过零点进行预测;搭建了RTDS试验平台,验证了自学习LSTM网络对零点预测的准确性、快速性以及稳定性;讨论了不同短路故障电流的起始相角、谐波含量、信噪比、衰减直流分量时间常数等因素对自学习LSTM预测精度的影响;仿真与试验结果表明自学习LSTM网络对短路电流零点具有较好的预测能力,当采样时间为3 ms时,自学习LSTM首零点预测精度已与RLS算法采样时间5 ms时预测精度相当,为在首个大半波内实现相控开断提供了依据。

一种具有容错功能的多桥臂开关功放电路

功率放大器是主动磁悬浮轴承系统中主要的执行元件,但由于开关管长期工作在高频状态下,易发生故障,因此十分有必要开展故障容错研究。首先,提出一种具有容错功能的多桥臂开关功放拓扑结构,能同时实现对五相六桥臂开关功放的开路和短路故障容错控制。其次,分析所提拓扑的工作原理,并提出以电流斜率变化作为故障判断条件的方法,采用相应的容错控制策略,实现冗余桥臂对故障桥臂的替换,以达到容错的目的。最后,通过仿真和实验验证了该拓扑在故障后经过容错能使负载电流恢复正常,证明了拓扑的合理性和可行性。

多通道电流信号深度特征融合的开关磁阻电机故障诊断研究

提出一种基于卷积神经网络(convolution neural networks,CNN)与Transformer结合的新型深度学习框架1D-Uniformer(one dimensional unified transformer),解决开关磁阻电机高阻接触故障和相间短路故障的分类识别问题。搭建开关磁阻电机故障诊断实验平台,在开关磁阻电机定子绕组上设置高阻接触故障和相间短路故障,并通过非侵入式方法采集电机的三相电流信号;引入动态位置嵌入、多头关系聚合器和前馈网络对传统CNN进行改进,得到1D-Uniformer以充分提取高阻接触故障和相间短路故障的特征。实验结果表明:该模型在高阻接触故障和相间短路故障诊断方面均具有很好的分类效果,在18种故障状态下识别精度能达到100%,在不同的噪声强度下仍然具有较高的鲁棒性。

750 kV母线短路电流研究及其抑制方法新探索

常规的750/330 kV短路电流控制措施包括热备用机组、热备用线路、电磁环网解环等,但是随着青海电网近年负荷及清洁能源的快速增长,电网结构连接日益紧密,现有750 kV母线开关遮断能力及常规抑制措施渐渐无法满足运行需求,开展抑制短路电流新技术的研究已迫在眉睫。研究750 kV母线短路电流理论计算方法,针对其分支短路电流提出适应实际运行的短路电流抑制方法和最大出线回数指导建议;提出基于快速开关的方法抑制短路电流,将短路电流贡献最大的分支线路边开关更换为快速开关,故障后20 ms内断开边开关以实现快速出串运行,可保证故障前全接线运行,无需牺牲系统可靠性来控制系统短路电流,为快速开关在750 kV电压等级电网的工程应用奠定基础。

基于DITC的开关磁阻电机功率变换器容错控制方法

针对开关磁阻电机(SRM)功率变换器中开路故障和短路故障导致的相电流和转矩异常情况,提出了一种容错控制方案。通过分析转速波动的机械运动方程,设计了基于参考转矩补偿的开路容错控制算法,以应对开路故障带来的相电流和转矩过大的问题。针对开关管短路故障,通过分析故障相关断区间内电流峰值和斜率变化特性,实现了对短路故障的及时诊断。一旦发现短路故障,将立即阻断故障相的励磁,并切换至开路故障模式,从而实现短路容错控制。两种故障容错方法均建立在直接瞬时转矩控制(DITC)的基础上。设计了转速分别为500 r/min和1000 r/min时开路、短路故障实验,仿真结果验证了该容错控制的正确性和有效性。

光伏升压箱变所用电开关选择

介绍了光伏升压箱变所用电典型设计方案及所用电开关选择原则,通过研究低压断路器技术参数,分析了断路器短路分断能力随工作电压升高而迅速下降的特点。使用电力分析计算软件ETAP计算短路电流,确定系统短路水平,提出所用电开关选型及参数确定解决方案。

基于钳位子模块的开关对复用型模块化多电平固态变压器

基于模块化多电平换流器的固态变压器(modular multi-level converter based solid-state transformer,MMC-SST)由于具备多电压等级、多电压形态的端口,在交直流混合配电网中得到广泛关注。双向有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器型MMC-SST存在功率密度低、成本高等问题,且传统半桥结构的DAB型MMC-SST在中压直流(medium voltage direct current,MVDC)端口短路故障情况下无法清除故障电流,限制了其在配电网中的应用;传统全桥结构的DAB型MMC-SST虽具备故障阻断能力,但同时也增加了开关管数目。文中基于混频调制原理,对传统DAB型MMC-SST的拓扑进行改进,提出基于钳位子模块的开关对复用(clamped switch pair integrated submodule,CSPI)型MMC-SST拓扑,该拓扑与传统半桥、全桥结构的DAB型MMC-SST拓扑相比,不仅节约了开关器件,还使得SST具备MVDC短路故障清除能力,极大地提高了DAB型MMC-SST的功率密度和供电可靠性。通过理论分析与仿真模拟,验证了所提CSPI型MMC-SST拓扑及频率解耦方法的可行性。

用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计

为解决用电负荷增加带来的配电系统末端低电压问题,提出了柔性交直流切换配电系统,可在提高电压质量的同时保证系统运行灵活性。该配电方案通过在配电线路首末两端装设变流器和断路器组,按需运行于直流配电模态或者交流配电模态。首先,针对交直流配电模态相互切换过程中负荷供电的可靠性,对变流器控制系统和断路器动作时序进行设计,实现切换过程中负荷电压的平滑过渡。其次,为避免极端工况下断路器组的误动作,提出了基于事件触发和非特征次谐波检测两种判断逻辑,保障系统在极端工况下稳定运行。最后,针对错误切换过程潜在的短路故障,在控制和硬件层面设计了保护措施,避免系统设备损坏。MATLAB/Simulink仿真以及实验结果验证了切换配电方案和保护方案的有效性。

500 kV线路串联电抗器研究与应用

由于500 kV枢纽站数量增多,短路电流水平也随之提高,线路加装限流电抗器是限制短路电流的一种有效措施。以500 kV线路串联电抗器工程为例,分别研究了串联电抗器间隔的构成、编号规则、状态定义、倒闸操作的原则以及串联电抗器运维措施,为今后线路加装串联电抗器装置提供借鉴。

具备故障限流功能的中高压快速切换开关

固态切换开关(SSTS)是城市供电保障的关键装备,为解决现有SSTS装备存在的问题,此处提出一种新颖的具备故障限流功能的中高压固态切换开关装置(FCL-SSTS),其能够实现双路电源的快速切换和短路故障限流的双重功能。当主供电回路电压出现暂降或短时中断时,FCL-SSTS可实现备用供电回路的快速切换。当负荷侧出现短路故障时,FCL-SSTS可以快速实现故障限流功能,从而避免故障的扩大化,FCL-SSTS结构对装置的自我保护以及电力系统的安全可靠运行具有重要意义。

一种开关电源的辅助电路设计

随着电子技术的飞速发展,开关电源在电子系统设备中作用越发重要,负载设备能否稳定可靠工作,开关电源的辅助电路设计至关重要,针对开关电源供电系统中,某一支路负载故障,输出的功率瞬时加大,导致开关电源断开输出,其他非故障负载无法正常工作的情况。设计了一种辅助功能电路,当负载发生故障时,在极短的时间内开关电源输出一个故障大电流,配合直流断路器迅速切断故障负载支路,非故障负载继续工作。并把该电路应用在一款开关电源中,对其进行测试,当开关电源某一负载支路发生短路故障时,开关电源12 ms内输出故障电流,故障电流最大是额定电流的6倍,从而切除有故障的负载支路,让开关电源恢复正常工作状态,继续为其他负载供电。

提高10 kV环保型环网柜接地开关短路关合能力的措施

针对10 kV环保型环网柜(以下简称“环保柜”)接地开关短路关合能力不足的问题,结合环保柜设计和试验情况,从降低预击穿电弧影响和提高触头耐烧损等方面,详细介绍了提高环保柜接地关合能力的措施。这些措施易于实现,效果明显,对10 kV环保型环网柜设计具有重要的参考价值和指导意义。

计及线路优化投切限流的含风电电网扩展规划方法

为应对以风电为代表的新能源大规模接入电力系统带来的新挑战,提出了一种计及线路优化投切限流的含风电电网扩展规划模型。首先,从系统负荷变化引起常规火电机组启停的角度出发,将典型场景下的短路电流约束转化为对应机组启停状态下的约束,通过对风电场集电系统的结构等值研究风电场的等效表达式,引入考虑风电接入的短路电流约束。然后,确定电网扩展规划总体思路,以总投资最小为目标函数,建立综合考虑储能、需求侧响应以及短路电流约束的电网规划混合整数线性规划模型并求解。最后,以IEEE-RTS 24节点系统为例,通过设置不同的案例对比分析,验证了所提方法的有效性。

计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法

受风速、机端电压跌落分布等影响,双馈风电场内机组故障行为特性各异,如何建立保留机群故障特征的风电场等值模型得到广泛关注。然而,仅依靠Crowbar状态表征双馈风电场内机群故障特征的差异性,会出现在轻微故障情况下风电场等值模型精度低的问题。为此,文中通过分析电网故障下场内机组转子侧变换器不同控制模式切换、Crowbar状态切换特性,探明了主导机群控制保护序贯切换模式差异的关键因素。推导了转子侧变换器控制切换模式与机端电压跌落分布、风速分布之间的关联规律,以识别机群转子侧变换器控制模式切换的差异性,从而提出了机群分类方法,以建立风电场多机等值模型。最终,对比分析了不同电网故障场景下所提等值模型、基于有功响应的等值模型、基于Crowbar状态的等值模型和单机等值模型与详细模型相比所提供短路电流幅值误差结果,验证了故障全过程中所提等值模型能更为准确地刻画整个风电场的短路电流幅值变化规律。

环保气体环网柜中接地开关短路关合性能分析

现场运行中的新型环保气体环网柜,根据用户需求,其中三工位接地开关和主开关布置方式存在差异,为满足标准中关于接地开关须具有关合短路电流能力的要求,鉴于安规及国网环网柜标准化规定,对运行中环保气体环网柜进行抽检试验。通过接地开关关合电流试验回路、试验过程、国家标准要求、试验的技术指标、关合能力影响因素等几方面进行了阐述。试验表明具有下三工位接地开关的环保气体环网柜,经过优化设计后顺利通过接地开关短路关合试验,为现场运行提供依据。

气动选相开关在电气短路试验系统中的应用

阐述气动选相开关在电气短路试验系统中的应用,基于电器试验验证和模拟电器设备在正常工作和故障情况下所具备的性能,从而保障试验系统中的设备安全可靠。

船舶直流电网母联开关的优化设计与试验研究

船舶直流电网具有短路电流大、电气特性易受电网杂散参数影响等特点,且受舱室空间限制,直流电网母联开关在故障关断保护性能不变的前提下需实现小型化和对称型拓扑。为解决船舶直流电网短路保护问题,文章通过典型直流电网多工况点仿真与试验相结合的方法,分析得出支撑电容器和母排的杂散参数影响短路电流的规律,即为保证器件安全,固态断路器关断时间应不大于200μs,且需解决母联开关关断时的瞬态过压抑制问题。根据分析结果,文章提出一种适用于船舶应用场景的固态断路器,其采用镜像对称型母联开关拓扑,并借助相应仿真分析对拓扑进行了性能优化。实际短路试验结果证实,所设计的母联开关能满足母排和支路短路时正常侧直流电网连续性供电条件。实船试验结果显示,固态断路器可实现100μs级关断,所设计的母联开关拓扑能满足船舶直流电网短路保护需要,且母联开关短路故障关断控制延时减小了关断过压波动,系统更安全。

列控车载设备JRU电源电路优化方案

作为CTCS3-300T型列控车载设备的辅助设备,司法记录单元(JRU)故障时不应影响车载设备运行。针对一起因JRU电源短路故障导致列控车载设备启机制动测试失败的案例,通过对JRU电源接口电路、车辆紧急制动回路,以及特殊场景的分析,提出修改现有电源接线方式和JRU内部电源加装空气开关2种优化方案,以解决目前存在的隐患问题,从而减少列控车载设备异常对运输造成的影响。

隔离开关自动转换装置设计

针对低压隔离开关试验中操作手柄力矩和行程时间的统一配合问题,对电感式接近开关进行了研究。隔离开关自动转换装置中的制动装置采用高可靠性的电感式接近开关,自动转换驱动是利用电容分相的原理控制电动机正向转动和反向转动,从而使被测隔离开关分合闸自动操作。依据国家标准GB/T 14048.3-2017研制了隔离开关自动转换装置,提高了产品试验时的稳定性和可靠性,保障了试验操作人员的人身安全和试验线路的设备安全,为生产企业进行产品研发论证提供了参考。

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。