含负序电压支撑分布式电源的电网分区短路电流计算方法

高比例逆变型分布式电源接入电网后，考虑分布式电源影响的短路电流计算方法面临严重挑战。针对现有短路电流计算方法在处理高比例分布式电源电网时的不足，提出了一种计及故障期间分布式电源负序电压支撑策略的电网分区短路电流计算方法。首先分析了分布式电源低电压穿越期间主动负序电压支撑的必要性，分析电压跌落期间分布式电源的正负序输出特性，建立故障等值序分量受控电流源模型。根据电网中分布式电源的分布特点，基于多区域诺顿等值和节点撕裂法，将大规模电网分裂成多个含分布式电源分区子网和主电网，在每个分区子网内部通过迭代的方法得到分区子网的等效输出电流，将此电流传递给主电网，主电网根据此注入电流通过迭代的方法求解短路电流。通过分区子网与主电网之间的接口信息交互，实现了计及负序主动支撑策略下含高比例分布式电源接入大规模电网的快速短路计算。通过计算对比分析，验证了所提算法相对于传统含分布式电源全局迭代计算方法在收敛速度方面的优越性，并通过PSCAD仿真验证了计算的精确性。     

智能配电网建设中的继电保护问题 讲座二 配电网故障分析计算问题及其发展

传统短路电流的计算方法已难以适应分布式电源接入后配电网短路电流的计算。介绍了配电网短路电流的近似计算公式。分析配电网故障时分布式电源(DER)短路电流输出的特点,给出了用于短路电流输出计算的DER等效电路。指出传统短路故障计算机算法用于配电网存在的问题,介绍了一种高效率的基于端口补偿原理的配电网短路故障计算方法。利用模变换法推导出小电流接地故障暂态分析等效电路,更正了目前普遍使用的等效电路的错误。     

含分布式电源的城市电网故障分析方法研究

分布式电源大规模接入城市电网会给城市电网的故障特征带来一定的影响,其出力的随机性会引起故障特征的不确定。针对现有故障分析方法未考虑出力随机性的影响,提出一种基于蒙特卡洛法的含分布式电源的城市电网故障分析方法。首先,基于分布式电源出力的概率模型,利用蒙特卡洛法进行随机抽样;然后,通过PQ控制和低电压穿越策略下的故障模型进行计算,形成故障电压、短路电流的概率分布;最后,通过算例进行仿真分析。结果表明,分布式电源接入城市电网后故障特征具有概率特性,该方法计及分布式电源出力随机性的影响,可得故障电压、短路电流的概率分布,可对城市电网故障特性分析以及整定值的选取提供依据。     

基于配电网原故障定位方案的分布式电源准入容量研究

为解决由于分布式电源(distributed generation,DG)接入而导致的传统配电网故障区段定位方案不再适用的问题,提出一种通过限制DG接入容量,保证传统故障区段定位方案可用的方法。首先简述了传统故障区段定位方案以及DG故障电流的计算方法;然后分析了DG接入对传统配电网故障区段定位方案的影响,提出了保证原有故障区段定位方案适用时,系统电源提供的最小短路电流与DG提供的最大反向短路电流应满足的要求,因为两者均与DG的接入容量相关,所以上述要求相当于对DG的最大接入容量作出限制。算例表明,限制DG的接入容量,基于短路计算可设置合理的开关定值来区分系统电源提供的最小短路电流及DG提供的最大反向短路电流,保证传统的故障区段定位方案可用。与其他开关定值设置方法的对比表明,直接基于短路电流计算,会提高DG的接入容量或者馈线的供电长度。     

含分布式电源的配电网保护改进方法

分布式电源(DG)接入配电网,改变了配电线路中短路电流的大小和方向,也改变了系统电网的结构.对普遍配置于配电网的三段式电流保护的正确动作将造成影响.本文是一种将传统的三段式电流保护改变为两段式电流保护,并结合通信系统的保护方法对配电网进行保护的配置.可以避免分布式电源接入系统可能造成配电线路保护误动的问题,同时,在允许分布式电源孤岛运行的方式下,当系统电源与分布式电源接入点之间的线路发生短路故障时,实现将故障从两端切除的要求.     

考虑分布式电源系统特性的配电网短路电流计算模型研究

配电网近年来面临着多样性负荷的不断增长和分布式电源的快速发展,这对配电网的短路电流产生了显著的影响。特别是在分布式电源方面,其逐渐替代了清洁能源与传统石化能源。逐年增长的分布式电源接入将对配电网的安全稳定运行产生重要影响,即配电网从单一电源网络变为多电源网络,这将改变配电网的正常运行状况和非正常运行状况,影响潮流分布,并需要充分考虑分布式电源注入的短路电流影响。针对光伏系统短路电流分析时的差异需求,提出了适用于大规模分布式电源接入配电网系统工程计算的短路电流计算模型。在保留原有低频瞬态特性的基础上,对主电路和控制算法进行了简化,提出了分布式电源系统短路瞬态等效模型。     

含双馈风电机组的电力系统故障计算方法研究

双馈风电机组馈出的短路电流特性极其复杂,传统以交流同步电机供电电源为基础的电网故障分析方法不能适用于含双馈电源的电网短路计算。根据双馈风电机组低压穿越运行的技术要求,在电网对称故障和不对称故障条件下,建立了计及其励磁调节特性影响的短路电流计算模型。在此基础上,基于对称分量法建立了含多双馈风电机组接入的电网各序等效电路,通过对电网电动势方程、故障边界条件方程和双馈风电机组短路计算模型方程进行迭代求解,计算电网各支路的故障电流和各节点电压。与算例的仿真结果对比表明,该短路电流计算方法计算准确度高,可较好地满足工程应用要求。     

含逆变型DG配电网的短路电流快速计算方法

逆变型分布式电源(IIDG)接入配电网使得传统短路的电流计算方法不再适用。现有含IIDG配电网的短路计算方法基于节点阻抗矩阵迭代求解，当故障发生在线路中间时，存在计算量大、计算时间长的问题。通过对配电网故障时的复合序网分析，并考虑IIDG并网点电压和其输出电流的耦合关系，提出了一种以系统接入IIDG前三相金属性短路电流为初值，直接迭代计算含IIDG配电网短路电流的新方法。该方法不需要生成和处理节点阻抗矩阵，节点数目不影响计算用时，可快速计算含IIDG配电网的各种相间短路电流。通过算例仿真计算并与现有计算方法相比较，验证了所提方法的有效性和快速性。     

高比例分布式电源接入电网短路电流的拟牛顿迭代计算方法EI北大核心CSCD

分布式电源的接入导致电网的短路电流计算网络方程非线性,不可避免会运用数值迭代方法进行计算,目前绝大多数文章采用的算法都是不动点迭代方法,该文研究发现随着分布式电源渗透率的增大,这种不动点迭代方法收敛特性将变差,高比例分布式电源接入电网短路电流计算面临挑战。针对现有短路电流计算方法在处理高比例分布式电源电网时的不足,文中提出了一种计及电网电压约束条件的分布式电源接入电网的新型迭代计算方法。首先分析了目前的不动点迭代计算方法在高比例分布式电源接入电网中收敛特性的理论依据。其次,提出了收敛特性更好的拟牛顿迭代计算方法,分析了其基本原理并给出在电网短路计算中的具体应用方法,接着提出了适应于高比例分布式电源接入电网的计及电压约束条件下的拟牛顿迭代算法,能够保证分布式电源接入节点电压不越限,同时具有良好的收敛特性。最后以IEEE33节点与IEEE118节点电网为例,通过与目前常规的不动点迭代计算方法进行对比分析,验证了该文所提的拟牛顿迭代计算方法具有更好的迭代收敛特性。     

高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算

高比例变流型电源接入输电系统可能提高系统短路电流水平,导致电力设备选型面临更高的动热稳定要求。通过分析变流型电源实验平台的短路电流测试波形的包络线变化规律,获取其三相短路电流表达式。根据变流型电源在故障不同阶段呈现的短路电流输出特性,提出故障暂态和稳态阶段的等值电路。应用叠加定理分别计算含变流型电源电网短路电流交流分量和直流分量,并对冲击电流进行评估,其结果可用于电网规划及设备选型;最后用6节点的500 kV淮南电网和35节点的220 kV淮宿电网实际算例,将所述方法、常规电压源等值法的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比,验证了所述方法的有效性。     

变流器型分布式电源的短路电流响应特性

分布式电源的短路电流计算是含分布式电源配电网的故障分析的基础。针对变流器并网型分布式电源,在分析电压源变流器控制系统结构的基础上,仿真研究了幅相控制、矢量解耦控制和电流瞬时值跟踪控制策略下变流器的短路电流变化特征,给出了配电网最严重短路情况下变流器型分布式电源输出电流的统一表达式。最后通过示例说明了分布式电源出力对短路电流的影响。     

A Fault Equivalent Network Based Method for Calculating the Doubly Fed Wind Power Generator Short-circuit Currents

Abstract—Current research on short-circuit currents of the doubly fed induction generator is all based on the traditional flux analysis theory. In this article, a novel method to calculate the doubly fed induction generator stator and rotor short-circuit currents is proposed based on the fault equivalent network. First, the fault network is decomposed into a no-fault (normal operation) network and a fault supplementary network. On this basis, considering the influence of the terminal voltage phase jump and the rotor-side converter control, from the perspective of function decoupling, the fault supplementary network is further decomposed into the stator-side fault supplementary network and the rotor-side fault supplementary network. Laplace transformation is then used to calculate the current additions of the two fault supplementary networks. Thus, the analytical expressions of all currents under the grid symmetrical and asymmetrical short circuit could be derived. Finally, both simulation and dynamic experiment results verify that the doubly fed induction generator short-circuit current expressions derived with the proposed method are correct, which facilitates the short-circuit current calculation and relay protection setting of a power grid with a doubly fed induction generator connection.     

含低电压穿越型分布式电源配电网的短路电流计算方法

换流器型分布式电源(DG)在配电网中的应用使传统配电网的短路电流计算方法不再适用。根据DG在配电网故障点前后位置的不同,将DG处理为不同类型的故障等效模型,故障点上游DG采用低电压穿越故障等效模型,故障点下游DG采用恒定电流源故障等效模型。提出了一种基于叠加定理的短路电流迭代计算方法,在每一次迭代过程中,根据当前节点电压和DG的故障等效模型分别修正故障点上游DG和下游DG的输出短路电流,并利用节点电压方程求解配电网的短路电流和节点电压分布,直到满足收敛条件。通过对算例系统的分析计算,验证了所提方法的正确性。该方法可应用于含DG的大规模配电网的短路电流求解。     

适用于含DG配电网故障处理性能测试的主站注入测试技术

论述了适用于含分布式电源(DG)配电网故障性能测试的改进主站注入测试法的平台组成和工作原理,论述了含DG配电网潮流计算和短路电流计算方法,提出了故障场景自然设置法,根据所设置的故障场景下短路电流的计算结果和继电保护定值、配电终端定值、自动装置的设置情况等自动判断是否应该保护动作跳闸、自动装置动作、上报相应的故障信息等,可以对健全区域恢复供电过程中的不当操作引发的开关动作或DG和电压敏感负荷脱网进行模拟,从而更加有效地对配电自动化系统的恢复策略和操作步骤的正确性进行测试检验。最后,给出测试实例详细说明了所论述的测试技术的可行性和有效性。     

计及逆变型分布式电源控制特性的配电网故障分析方法

随着分布式电源(DG)的大量接入,DG的故障穿越行为对配电网的故障特性影响很大。而传统的等值模型均未计及DG的控制策略,从而造成含DG的配电网故障分析存在不可忽略的局限性。为此,文中在系统分析DG控制策略和动作行为的基础上,建立了计及控制策略的逆变器并网方式下DG压控电流源等值模型,更加真实地体现出DG故障电流的输出特性。在此基础上,通过建立故障前后电网支路电流和节点电压关系方程,推导出故障穿越时DG输出电流与公共连接点电压的求解方程组,从而建立故障精确分析方法。最后,基于DIgSILENT建立含DG的10kV配电网仿真模型,验证了所述方法的正确性和有效性。     

含分布式电源配电网通用故障电流计算方法

针对含分布式电源的配电网故障电流计算通用性差或计算量大的问题,提出一种通用、计算量小的故障电流计算方法。将分布式电源分为机组并网与逆变器并网两类激励源,考虑低电压穿越要求,给出分布式电源的故障特性。在此基础上,根据叠加定理,将线性故障配电网分为不同激励源作用下的两部分,对两类激励源作用下的配电网分别进行故障电流分量计算,叠加求得总故障电流。计算过程中,对逆变器并网激励源产生的故障电流分量采用迭代算法进行求解。编制了所提的算法程序,计算实际配电网的短路电流。计算结果表明,所提通用故障电流计算方法正确、有效。     

A cost-effective fault management system for distribution systems with distributed generators

Fault Management System (FMS) is one of the main functions in Distribution Automation System (DAS); however, the conventional FMS cannot be used in distribution systems with Distributed Generators (DGs) due to the lack of directional function. The directional fault detection device is expensive due to the expensive directional module used. In a wide-ranging distribution system, the investment cost will be very high if the fault detecting devices are expensive. Therefore, the design and implementation of a cost-effective FMS for distribution system with DGs is necessary. A Multi-Level Fault-Current Indicator (MLFCI) having a plurality of reed switches used to detect different current levels is proposed in this paper. The hardware prototype is designed and implemented. An algorithm used to locate fault based on the different fault current levels is derived. A MLFCI-based FMS for distribution systems with DGs is then realized. Experimental results demonstrate the feasibility of the proposed MLFCI. Simulation results are then used to demonstrate the validity of the proposed MLFCI-based FMS for distribution systems with DGs.     

低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法

双馈风电机组(DFIG)的规模化应用使得电力系统的故障特性发生了变化,极大制约了电力系统继电保护的实施。针对现有研究未计及低电压穿越(LVRT)措施对DFIG故障特性的影响问题,对低电压穿越控制下DFIG的短路电流进行研究,重点考虑DFIG无功功率输出通过改变机端电压对机组故障输出特性的影响。着眼于DFIG定转子绕组反应、变换器LVRT控制的相互耦合,通过构建LVRT控制下的DFIG矢量模型,导出了LVRT控制启动前和启动后的DFIG短路电流表达式,从无功功率输出和LVRT控制启动延时两个方面分析LVRT控制对DFIG短路电流的影响,建立LVRT控制启动前和启动后的DFIG故障等效模型,提出考虑LVRT控制影响的DFIG并网系统短路电流的计算方法。     

双馈感应发电机接入电网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是电网规划和保护的基础,文中将双馈感应发电机(DFIG)定子磁链强制分量归算至定子侧,将定子磁链直流分量归算至转子侧,形成静态等值电路,分析转子感应磁链随转速的变化规律,研究转子电阻对故障时定子磁链直流分量动态衰减及其与转子绕组感应过程的影响,推导电网三相短路时DFIG定子短路电流解析式。比较了近端和远端故障时不同撬棒电阻对应定子短路电流特性,提出了DFIG接入电网的三相短路电流峰值评估方法。该方法能有效计算DFIG机端、馈线上下游和其他馈线故障时的三相短路电流峰值序列,采用MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提出方法的正确性。     

分布式虚拟同步发电机改进低电压穿越控制技术

传统分布式虚拟同步发电机不具备低电压穿越能力,在分析电网短路故障时传统虚拟同步发电机的运行特性基础上,提出保留功率环的改进分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术。改进控制技术给出了电网短路故障时功率指令值的计算方法,同时在无功功率控制环中引入PI调节器,并在同步旋转坐标下对输出电流进行分序控制,实现不对称故障时输出电流的三相平衡,最后通过引入虚拟阻抗对瞬时故障电流进行抑制。改进后的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,保留功率控制环,不改变虚拟同步发电机机理,在故障发生和清除时,只需对功率指令值进行重新设定,无需切换控制策略,实现分布式虚拟同步发电机的低电压穿越。仿真及试验结果验证所提控制策略的正确性及有效性。