复杂环境地埋电缆群暂态温升热路模型适应性仿真验证研究

简易可行、快速准确地评估电缆实时温升,是释放潜在输送能力,提高运行效率的基础。目前,评估电缆线芯温升的方法主要有测量方法与计算方法,借鉴热电比拟的方法,提出了引入平衡热阻与平衡热感的电缆群暂态温升热路模型。然而实际运行中,电缆的运行环境更为复杂,电缆回数多少、负荷波动程度等因素也可能影响模型的准确性。为充分验证热路模型的适应性,文中通过构建一个复杂环境、工况条件下的电缆群暂态温升有限元算例,并与热路模型结果进行比较。验证结果表明,针对不同影响因素,原有热路模型可进行灵活调整扩展,参数求解方法不变,模型的便捷性与准确性不受影响;电缆回数数量、介质均匀性、负荷波动程度、日照与环温变化幅度均不明显降低模型的准确性。研究成果不仅验证了模型的适应性,而且可为类似模型的检验方法提供重要参考。

ANPC三电平换流器高效电磁暂态建模仿真方法

在ANPC(有源中性点钳位型)三电平换流器小步长实时仿真研究中,现有电磁暂态建模方法在模型精度、计算效率、仿真规模等方面存在不足,为此,提出一种高效电磁暂态仿真模型。该模型基于ANPC三电平桥臂的离散化伴随电路,通过WARD等值理论消去内部节点,构造一个对外等效的多端口诺顿等效电路,替代桥臂进行网络的电磁暂态仿真求解,在不损失建模精度的前提下实现节点降维和仿真提速。在MATLAB/Simulink平台中搭建基于该等效模型的ANPC三电平换流器仿真系统,并与详细模型仿真结果进行对比,结果表明该等效模型能精确仿真稳态和暂态运行工况,并且具有较明显的速度提升。

Model of Three-Phase Transmission Line with the Theory of Modal Decomposition Implied

This paper shows the development of transmission line model, based on lumped element circuit that provides answers directly in the time and phase domain. This model is valid to represent the ideally transposed line, the phases of each of the small line segments are separated in their modes of propagation and the voltage and current are calculated at the modal domain. However, the conversion phase-mode-phase is inserted in the state equations which describe the currents and voltages along the line of which there is no need to know the user of the model representation of the theory in the line modal domain.

混合型MMC非闭锁型直流故障穿越的故障等效模型

由半桥子模块和全桥子模块构成的混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)相比于全桥型MMC能够在降低成本的同时具备直流故障穿越能力,直流故障暂态分析是混合型MMC器件选型和配比设计的基础。为分析混合型MMC直流侧故障的暂态特性,文中建立额定运行状态和降压运行状态下发生极间短路的混合型MMC非闭锁型直流故障穿越过程的故障等效模型;分析了直流故障穿越期间混合型MMC各桥臂子模块的动态投切过程,将非闭锁型直流故障穿越控制策略切换前的暂态过程等效为不可控的子模块电容放电过程,将控制策略切换后的暂态过程等效为带有电感初始储能和反向电压源的限流过程;给出了直流侧短路电流的解析计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,验证了文中模型和计算方法的有效性,能够为混合型MMC的优化设计提供参考。

变压器环形铁芯建模和剩磁测量

大型电力变压器进行空载合闸操作时,铁芯中的剩磁可能会引起励磁涌流,导致变压器无法正常投入运行。文章介绍了一种新的分析和测量剩磁的方法,该方法是在外加正反向直流电压激励的基础上实现的。通过分析剩磁产生的原理,建立了基于Jiles-Atherton磁滞理论模型的变压器环形铁芯仿真模型。在环形铁芯绕组上先后施加大小相等方向相反的直流电压,可以得到两个不同的响应电流,结合场路暂态分析,可以判断剩磁的方向,并且找到响应电流和剩磁之间的关系。该方法可以在对变压器铁芯中原有剩磁影响不大的情况下准确测量剩磁的大小和方向。通过自主搭建的实验平台对环形铁芯中的剩磁进行了测量,验证了仿真结果的合理性。

PMSM三相短路暂态过程解析建模及主动短路功能实现

为解决永磁电机高速弱磁运行时,因逆变器故障保护功能机制,导致逆变器进入不可控整流状态,从而导致永磁同步电机高速失控的问题,提出主动短路功能,用于电驱动永磁同步电机安全关断。基于永磁同步电机在dq0坐标系统中的派克方程,利用永磁同步电机三相短路时直、交轴电压为零的边界条件,采用矩阵运算和拉普拉斯变换的方法,求解出不同短路起始条件下永磁同步电机切入主动短路时的直、交轴电流和制动扭矩暂态输出特性。建立主动短路时电机暂态输出特性与电机本体参数、短路起始条件之间数学模型,并进行了模型验证。通过模型潜在应用场景分析,提出主动短路功能实施的注意事项及技术方案,为电驱动系统设计提供详细依据。

铅铋回路自然循环瞬态特性与腐蚀沉积研究

为了解决液态铅铋回路在自然循环状态下腐蚀沉积对堆内结构材料的影响问题,本文开展了铅铋回路自然循环瞬态热工水力行为分析与溶解腐蚀沉积研究。通过对铅铋实验回路进行数学建模,开发了适用于瞬态自然循环的热工水力程序和腐蚀沉积程序。进行了瞬态启动、功率阶跃等典型工况下的瞬态热工水力行为分析,以及在无氧、氧控状态下的回路腐蚀沉积分布研究。结果表明:在瞬态启动过程中,铅铋回路温度波动较大,功率阶跃与入口温度增加均会导致自然循环流量的增加;铅铋回路自然循环运行且无氧控时腐蚀非常严重,在引入氧控后(c_(0)=1×10^(-8)),最大腐蚀速率仅为无氧控时的1/1000,并且加热功率的提高会导致回路的腐蚀沉积速率增加,无氧和氧控状态下结果一致。本文为铅铋回路安全稳定运行提供参考。

真空直流断路器的合闸暂态谐波抑制方法

阐述真空直流断路器合闸暂态谐波抑制方法,建立断路器合闸暂态谐波模型,通过逆变换计算出断路器三相电路中的暂态谐波,识别断路器合闸暂态谐波状态,通过在真空直流断路器合闸电路中引入一阶低通滤波器,对暂态谐波滤波处理,实现断路器合闸暂态谐波抑制。实验证明,应用设计方法断路器电压能够快速恢复到稳定状态,并且暂态谐波降幅比较大,具有良好的断路器合闸暂态谐波抑制效果。

外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算与试验

导体温度是反映电缆运行状态的关键因素,因而有必要实现对它的监控。实际中对运行电缆导体温度的直接测量难以实现,工程中常采用计算的方式来获取,而复杂多变的电缆外部因素使得对导体温度的精确计算也非常困难。为此,在电缆外皮温度监测的基础上,建立了单芯电缆暂态热路的数学模型;分别推导出只考虑电流变化和只考虑表皮温度变化两种情况下的暂态温升递推公式,进而推导出单芯电缆暂态温度的完整叠加公式;并采用经典4阶Runge-Kutta法求解微分方程组计算电缆本体温度。同时编制了电缆暂态计算软件,可根据电缆外皮温度的监测,计算电缆导体和金属护套暂态温度。为验证暂态模型和软件编制的正确性,在试验现场进行了单芯电缆暂态温升试验,并将计算结果与试验测得的温度数据进行了对比验证。结果表明,基于电缆外皮温度监测的单芯电缆暂态温度计算具有较高的精度,可用于单芯电缆实际运行中的温度控制、电缆状态监测及其故障预警等方面。

中性点经消弧线圈接地系统小电流接地故障暂态等值电路及暂态分析

对于经消弧线圈接地系统的小电流接地故障,传统暂态等值电路存在忽略线模信息、消弧线圈位置不准确、缺乏具体参数计算方法等缺陷,无法用于故障暂态的定量分析和计算。建立包含故障点上下游网络的小电流接地故障分布参数模型,利用模型简化原则建立由等效电阻、等效电感、系统对地分布电容及消弧线圈等效电感构成的Γ型精确暂态等值电路。基于简化原则推导出表达形式简单、满足工程应用需求的简化参数计算方法。与传统暂态等值电路相比,所建等值电路包含线模和零模信息,等效电感近似等于故障点到母线间线路的零模电感与2倍线模电感之和,且消弧线圈接于母线处更符合实际情况。针对低阻接地、高阻接地,分别给出暂态电流的解析表达式,分析暂态主谐振频率、幅值、衰减因子等要素随故障条件的变化规律,分析结果有助于更全面把握故障暂态特征。最后利用仿真及现场故障数据验证了所建暂态等值电路模拟精度更高、适用性更强、暂态分析结果正确。

单芯电缆热时间常数的理论计算与试验研究

由于电缆热容的存在,当施加阶跃电流时,电缆温度随时间逐渐变化,经一段时间后达到热稳态,导体温度变化的速度一般用热时间常数来反映。为此,以单芯电缆为研究对象,介绍了电缆热时间常数;建立了电缆本体及周围介质的暂态热路模型并进行简化等效;计算了空气敷设和直埋敷设单芯电缆的热时间常数;并在试验现场进行了阶跃电流下的单芯电缆温升试验,通过对实测导体温度暂态过程的曲线拟合求得了电缆实际的热时间常数,验证了理论计算的正确性。电缆的热时间常数可用于估算阶跃电流作用下的导体暂态温度响应、以及到达最高允许温度所需要的升温时间,为电缆的运行状态监测及故障预警提供理论支持。

中性点不接地系统小电流接地故障暂态等值电路的建立

对于小电流接地故障,暂态等值电路是故障暂态分析的主要工具,可定量计算暂态电气量,为接地故障保护、过电压防护、接地补偿及配电网中性点接地方式选择等提供理论依据。针对传统暂态等值电路忽略了线模分量且缺乏明确的参数计算方法的问题,提出一种工频等效阻抗与首谐振频率相等、首谐振频段内等效阻抗综合误差最小的模型简化原则;针对中性点不接地系统,建立了基于线路分布参数、包含故障点两侧网络的小电流接地故障复合网络模型;依据模型简化原则将复合网络模型逐级简化。最终得到一个包含线模和零模分量的等效电阻、等效电感与系统对地分布电容构成的?型暂态等值电路,以及模型参数的准确计算方法。相比于传统暂态等值电路,所提出的暂态等值电路具有更高的模拟精度和更强的适用性。

基于电接触元件暂态热路建模的接触电阻测量研究

目前,接触电阻的检测主要是电压电流法或电桥法,其不足是仅适于离线应用。提出了一种在线式的接触电阻间接测量新方法。首先在建立电接触元件的理论物理模型和径向暂态热路分析模型的基础上,推导出热路响应方程;然后再在建立元件轴向热传导数值分析模型的基础上,最终推导出计及温度和电流的接触电阻曲线关系,提出通过曲线的时间常数计算电接触元件的接触电阻。大量的理论分析、计算与有限元分析ANSYS仿真表明,所研究的测量方法可以准确求取接触电阻的值,为电气设备的在线监测和热缺陷分析提供了理论依据。

电力电缆暂态热路模型中绝缘层的优化

为实现电力电缆导体温度在线监测的工程应用,研究了影响电缆传热的重要部分—绝缘层。首先对电缆暂态热路模型的构建、绝缘层的分层进行了论证与分析,然后分别构建了绝缘层等厚度、等热容、热容比、厚度比这4种分层方式下的热路模型,并实现了对导体温度的求解,最后以电缆载流温升实验进行了验证。结果表明：不同分层方式下导体温度计算值的绝对误差标准差？θ均受制于电缆绝缘的分层数,？θ随分层数的增加而明显下降,分层数由5层增加为30层时？θ平均下降0.5℃;但在分层数达到一定数量后,它对？θ的影响减小,分层数由30层增加为100层时？θ平均下降值低于0.1℃;在分层数较小时,绝缘层依据热容比和等厚度分层时对应的？θ稍低于其余2种方式,当分层数为5层时按照这2种方法建模的？θ比其余2种方法低0.1℃,而分层数达到20层以上时,4种方法的？θ将趋于一致。这对于电缆导体温度实时监测进而掌握其载流量有显著意义。

XLPE电缆绕组高频暂态电路模型的研究

XLPE电缆绕组变压器是一种新型电力变压器 ,研究其暂态响应及影响因素有重要意义 ,为此提出了电缆绕组高频暂态下的电路模型。线圈模型的实测与仿真计算结果吻合很好 ,表明该模型可表达这类绕组暂态时的表现 。

基于热路模型的架空导线暂态载流量研究

架空导线允许载流量是线路安全运行的重要参数,深入分析了稳态载流量及暂态载流量的计算原理。由于导线自身热容的缘故,外界条件(环境条件或者加载电流)发生跃变时,导线温度处于暂态过程。以热电比拟为基础,通过监测导线温度及环境温度建立了架空导线暂态热路模型,得出了导线暂态允许电流-允许时间-允许温升数学模型。根据暂态热路模型可以实现暂态允许电流的实时计算,为确保线路出现N-1故障或者短时过负荷时的正常运行提供方便,并提出了预先调度的概念。最后,对暂态载流量计算模型进行了试验验证,试验结果与理论计算基本一致,且理论计算允许时间偏于保守。

基于耦合漏感的四绕组变压器暂态模型及短路计算

为确保含四绕组变压器的变电站保护整定可靠性,需研究精细化的四绕组变压器暂态模型及其短路计算等值电路。分析常规变压器等值电路的不足,推导了修正的耦合漏感等值电路,根据三相三柱式四绕组变压器的拓扑结构,运用对偶性原理建立了基于耦合漏感的四绕组变压器电路-磁路暂态模型;利用漏磁路的互阻抗远小于漏阻抗的特点,推导了用于短路计算的四绕组变压器简化等值电路以及零序阻抗。根据某地220 k V变电站实例进行仿真计算,结果表明所提出的四绕组变压器暂态模型及短路计算方法能够更准确地计算含四绕组变压器变电站的短路电流。

电力电缆暂态导体温度计算及过负荷能力预测

为解决无法直接测量导体温度的问题,在电缆内置光纤温度监测的基础上,建立了单芯电缆暂态热路模型,同时编制了由光纤温度推算导体温度的计算程序,并根据实时负荷和光纤的温度计算导体温度。在实验室对单芯电力电缆进行了恒定负荷和周期负荷的暂态温升试验,结果表明,基于实时负荷电流和电缆光纤温度推算电缆导体温度具有较高的精度,同时,基于光纤温度和实时负荷对电缆进行过负荷能力预测,可满足工程需要。

考虑寄生参数的220 kV柱式电压互感器的暂态电路模型

220kV柱式电压互感器是高压电网中重要的电气设备,建立高压柱式电压互感器的暂态电路模型对研究其快速暂态过电压分布具有重要意义。首先利用矢量网络分析仪测量得到了高压220kV柱式电压互感器的宽频阻抗参数,然后根据220kV柱式互感器的内部结构,建立了考虑寄生电感和杂散电容影响的互感器暂态电路模型,并将该暂态电路模型与测量得到的宽频阻抗参数进行对比,验证了互感器暂态电路模型的有效性;最后利用考虑寄生电感和杂散电容影响的暂态电路模型计算了在工频和雷电冲击电压作用下柱式电压互感器二次回路输出电压,获得了柱式电压互感器的宽频传递特性。