考虑线路压降的快速接地开关消弧性能及应用

快速接地开关兼具电压、电流双重消弧效果,但传统分析未考虑线路压降对故障点电流的影响,需进一步分析其消弧性能。考虑故障线路动态参数,建立应用快速接地开关的配电网单相接地故障模型,采用对称分量法推导出故障点电流计算公式。计算结果显示故障点电流受故障线路负载电流、序阻抗、相间电容、故障距离以及过渡电阻等多重因素影响。分析快速接地开关等效熄弧电路模型,表明快速接地开关可有效抑制间歇性弧光接地过电压,但在故障线路动态参数造成故障线路压降较大的稳定低阻燃弧过程中,快速接地开关可能增大故障点电流,不利于电弧熄灭。结合快速接地开关的优缺点分别对单独应用快速接地开关消弧及其与消弧线圈配合消弧提出建议。最后通过MATLAB仿真验证了文中的分析结果。     

负荷对接地故障转移消弧技术的影响

为了分析负荷对接地故障转移消弧技术的影响,提出了一种接地故障转移消弧技术等效模型。利用该模型对接地故障转移消弧装置的电流转移性能和恢复电压抑制能力进行了研究,给出了接地故障转移消弧技术受负荷影响的规律。研究结果表明:接地故障转移消弧装置的电流转移性能受负荷影响较大,在大负荷、小接地电阻的情况下可能出现不能转移故障点电流的情况,甚至有增大故障点电流的可能;故障转移消弧装置对恢复电压有较强的抑制能力,且受负荷的影响较小。研究结果为接地故障转移消弧装置控制方法的改进提供了理论依据。     

基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法

针对中性点非有效接地配电网中存在的单相接地故障消弧问题,提出了一种基于二次注入的配电网接地故障有源电压消弧方法。该方法通过向配电网中性点注入工频电流来达到单相接地故障消弧目的,确保电网安全稳定运行。注入电流的参考值由二次注入特定电流的方法得到,将注入电流偏差信号通过比例谐振控制器,驱动逆变器开关管产生逆变电流,经滤波电路后注入电网中性点,抑制故障点电压和电流到零。仿真及10kV接地故障实验表明,该方法响应速度快、灵敏度高,能补偿配电网接地故障电流的无功电流分量、有功电流分量及谐波分量,实现瞬时接地故障快速可靠灭弧。     

计及配电网线路阻抗影响的自适应接地故障消弧控制策略

接地故障电弧可靠熄灭是配电网安全运行的重要保障,针对现有有源消弧方法很难同时兼顾高阻与低阻接地故障消弧需求的问题,文中提出一种计及配电网线路阻抗影响的自适应接地故障主动调控方法。首先,推导了故障点残压、残流随接地电阻和故障距离的变化规律,证明电压消弧受线路阻抗影响的机理。其次,通过对比配电网接地故障电流完全消弧与未完全消弧时线路特征参量的差异,提出将故障相的负荷总电流与消弧变流器并网点线路电流差量转换为故障点残压补偿量,以抵消线路压降对电压消弧的影响。通过分析控制系统传递函数与波特图,证明该控制方法具有较强的稳定性和对线路参数变化的适应性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真以及RTLAB硬件在环实验,验证所提消弧控制策略的可靠性与可行性。     

可适应线路结构动态变化的有源消弧算法

小电流接地故障发生后,为使有源消弧法在配电网线路可能发生切换的情况下仍具有良好的消弧性能,提出了能适应线路结构动态变化的有源消弧算法。故障发生后,注入电流并测量母线零序电压,计算接地电阻。在接地电阻较大时,忽略线路压降,控制故障相电压为0,即采用电压消弧法;在接地电阻较小时,利用配电网自动化装置计算故障后配电网零序导纳,控制故障点电流为0,即采用电流消弧法。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

配电网单相接地故障残余电流转移消弧方法

根据消弧线圈和故障转移灭弧装置的优缺点,提出了一种残余电流转移的消弧方法。该方法首先利用消弧线圈将故障点电流补偿到较小数值,再投入故障转移装置转移故障点的残余电流,使电弧可靠熄灭。为了避免转移装置错误投入带来负面影响,采用两级开关结构,并用限流电阻对第一级合闸电流进行限制。通过检测限流电阻的电压或电流,可实现转移装置投入正确性以及电弧是否熄灭的判别,为故障转移装置的投退提供了可靠依据。仿真结果表明,该方法能够解决消弧线圈残流过大的问题,同时也能够避免故障转移装置错误投入带来的风险。     

计及线路阻抗与负荷影响的不平衡配电网电压消弧方法

在单相接地故障和接地故障消弧的分析中,通常假设配电网是三相平衡的。已有的消弧方法在对地参数和负载不平衡的配电网单相接地故障时消弧效果不佳。针对上述问题,提出一种计及线路阻抗和配电网参数不平衡的电压消弧方法。分析考虑配电网参数不平衡和线路阻抗的配电网等效模型,推导出精确电压消弧指令值,通过故障前后各注入一次电流计算电压指令值,有源消弧装置调控零序电压至该指令值从而抑制故障点电压、电流为0。为了避免任意注入电流引起故障电流增大,将传统电流消弧作为电压消弧的过渡能有效补偿故障电流。通过和已有考虑线路阻抗电压消弧方法、忽略线路阻抗电压消弧方法对比,仿真结果表明,在不同的不平衡度、故障位置和接地电阻下,所提方法消弧性能最佳。     

低阻接地故障有源电压消弧算法性能分析和改进

谐振接地系统发生单相接地故障时,有源电压消弧法的灭弧性能缺少分析和论证。在考虑线路压降的情况下,给出了有源电压消弧后的故障点电流表达式及变化规律,表明在故障点过渡电阻较大时,有源电压消弧可以有效补偿故障点电流实现可靠消弧,而在过渡电阻较小、负荷电流较大、故障距离较远时,有源电压消弧反而会导致故障点电流变大,甚至达上百A,严重影响熄弧效果。提出有源电压消弧算法的改进措施,低阻接地时将故障相电压控制到一定范围内,确保故障点电流不会增大,该方法无需测量系统参数,可适应线路结构的动态变化,有利于有源电压消弧法在现场实际中的应用和完善,仿真验证了分析及改进算法的正确性。     

配电网新型消弧技术综述

随着配电网中电力电子设备和非线性负载增多,单相接地故障电流中除了基波容性电流外,还包含大量有功分量和谐波分量,传统消弧线圈无法补偿有功分量和谐波分量,导致故障点残流增大,影响故障电弧的自行熄灭,难以满足系统可靠性和安全性需求。阐述了有源电压消弧、无源电压消弧和有源电流消弧等新型消弧技术的原理、技术特点以及技术关键点,探讨了新型消弧技术综合控制思路,为后续技术研究以及装置推广应用提供参考。     

计及配电线路参数影响的有源消弧算法分析与改进

考虑到配电网馈线自身阻抗及三相耦合作用的影响,对基于有源逆变器的单相接地故障全补偿零残流消弧算法进行了深入分析,并提出了改进思路。推导了全补偿故障消弧时有源逆变器的等效注入电流公式,表明有源消弧注入电流是由故障相电压和短路点的零序输入阻抗唯一确定。分析了有源电流和有源电压消弧算法,提出需利用消弧线圈电流折算、故障过渡电阻测量、单相接地故障区段定位等方法优化有源电流消弧算法;可通过监测负载电流和定位单相接地故障位置来优化有源电压消弧算法。研究结果对配电网单相接地故障有源消弧方法的改进提供了重要的理论依据。     

基于相位差的不对称配电网接地故障选相方法

在配电网中性点不接地及经消弧线圈接地系统中,针对传统接地故障选相方法未考虑泄漏电阻及三相不对称情况导致过渡电阻较高时选相错误的问题,论文提出了基于相位差的不对称配电网接地故障选相方法,考虑线路泄漏电阻及三相不对称参数,分析了故障相电压和故障前后中性点电压变化量的相位差与消弧线圈补偿状态及线路参数的内在联系,得出了接地故障选相判据,最后提出了配电网接地故障选相方法实现方案。在PSCAD/EMTDC仿真环境中搭建配电网接地故障模型,仿真结果表明在不同过渡电阻及消弧线圈不同补偿状态下判据均适用,验证了所提方法的可行性。     

配电网电容电流的准确预测

配电网电容电流的准确测量是消弧线圈调节、补偿消弧的前提。本文分析了现有电网电容电流检测方法的特点;提出了单相附加电阻预测故障接地电容电流的新方法;该方法通过测量单相附加电阻后的电网零序电压和接地电阻上的电压,就能在电网正常运行时准确预测出电网发生单相接地故障时的电容电流。设计了基于此新方法,利用DSP实现的智能型电容电流预测装置方案;利用模拟电网对装置预测的准确性进行了验证。结果表明,该系统不仅能准确预测电网发生单线接地故障时的电容电流、对地绝缘电阻电流、接地点的残流等影响熄弧的关键参数,还能检测谐振电网的补偿状态,且操作安全、测量迅速、简便易用。     

配电网弧光接地故障建模仿真与实验研究综述

弧光接地故障是配电网中最常见的故障,不易被发现且危害巨大,产生机理复杂,特征具有随机性。针对上述问题,从配电网弧光接地故障产生的原因和危害、弧光接地故障数学模型、弧光接地故障抑制和保护策略、弧光接地故障识别和定位技术、以及弧光接地故障的物理模拟实验与仿真测试等方面进行了阐述,对国内外的研究现状进行了总结和分析。并对配电网弧光接地故障的研究方向进行了展望,提出了从故障模型研究和数字仿真软件的开发、抑制策略研究和装置的研发、故障识别定位和保护策略、物理模拟和数模混合仿真测试技术4个方面建立配电网弧光接地故障研究框架。     

弧光高阻接地故障建模及数据修正算法

配电网高阻接地故障通常伴随着非线性电弧的产生。传统的固定电阻模型无法模拟电弧的非线性;微分形式的电弧模型依赖于参数的迭代,难以直接应用于相关的故障检测及测距算法中;对数电弧模型较为复杂,按级数展开时易发散。人工模拟此类故障获取实验数据的方法成本高、危险性大且具有一定的局限性。基于汤逊原理,建立了能够表征动态电弧非线性特征的指数电弧模型及其简化模型,并结合PSCAD仿真软件及现场数据验证了模型的有效性。针对该电弧模型无法表征电弧电压、电流间相角差的不足,进一步提出了数据修正算法,为后续弧光高阻接故障的研究提供了更为精确的数据支撑。     

基于配电网柔性接地控制的故障消弧与馈线保护新原理

为解决中性点非有效接地配电网中长期存在的单相接地故障消弧与保护难题,提出基于零序电压柔性控制的配电网接地故障消弧与保护新原理。在配电网发生接地故障的初始时刻,通过脉宽调制(pulse width modulation,PWM)有源逆变器注入零序电流补偿接地故障全电流,实现对零序电压的控制,促使故障点电压为0,实现瞬时故障100%消弧。接地故障发生后,经一定延时,控制电流注入,增大故障残流,精确测量零序电压和各馈线零序电流变化量,实现接地故障的动态感知和可靠保护。该技术有望降低故障建弧率,减少故障停电时间,促进配电网智能化发展。     

基于级联H桥变流器和dq变换的配电网故障柔性消弧方法

为解决配电网单相接地故障消弧的难题,提出一种基于级联H桥变流器和dq变换的柔性消弧新方法。配电网的三相经级联H桥变流器接地,柔性控制非故障相变流器经连接电感注入电流,补偿接地点的电弧电流,抑制故障相恢复电压,促进电弧快速熄灭、不易重燃。为了实现对稳定性和间歇性电弧接地故障电流的全补偿,结合级联H桥变流器的特性,提出一种基于dq坐标变换的故障谐波及暂态电流分量的检测方法。根据级联H桥变流器注入电流对接地故障电流、故障相恢复电压的作用机理,研究各类电弧接地故障的统一柔性消弧方法,仿真结果表明所提消弧方法的有效性,可以提高配电网接地故障熄弧率,促进柔性交流输电(FACTS)技术在智能配电网接地故障保护中的研究与应用。     

风电场35 kV电缆网络中性点接地方式研究

为研究风电场35 k V电缆网络中性点接地方式的适用性和可行性,针对电缆网络较大的对地电容电流水平,利用Matlab/Simulink软件建模仿真。给出了以贵州龙里风电场为工程背景、不同中性点接地方式下的运行特性,并提出了一种改进的、适合风电场35 k V电缆网络的中性点复合运行方式。复合方式以消弧线圈为基础,当接地电容电流水平小于100 A而发生单相接地故障时,先并中值电阻抑制系统暂态过电压,若为瞬时性故障,消弧线圈补偿后故障自动消除,若为非瞬时性故障则利用短时并入小电阻启动零序电流保护。而当接地电容电流水平大于100 A,发生单相非瞬时性接地故障时,直接利用小电阻的短时投入,启动零序电流保护装置快速切除故障。仿真结果表明,复合方式适应性强,且相关设备可按照相关绝缘水平进行选取,具有较高的可操作性。