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Modelling and simulation study on dynamic pollution accumulation process of composite insulator

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HIGH VOLTAGE 2024年第3期9卷 601-613页

作者： Yang, Zhongyi Liu, Dongxiong zeng, xiangjun Fan, Caijin Yang, Xin Huang, Yafei Changsha Univ Sci & Technol Sch Elect & Informat Engn Changsha Peoples R China Changsha Univ Sci & Technol Sch Elect & Informat Engn Changsha 410114 Peoples R China CSG Elect Power Res Inst State Key Lab HVDC Guangzhou Peoples R China

With the widespread application of composite insulators in transmission lines, exploring the accumulation mechanism of pollution particles on composite insulator surfaces is of importance to ensure the safe and steady operation of the power system. Addressing the current theoretical shortcomings, this study categorises the accumulation process of particles on the insulator surface into three stages, namely 'spatial motion', 'surface collision', and 'surface motion'. The motion and rotation velocities in a multi-physics field are calculated in the spatial motion stage. In the surface collision stage, a parameter called 'neck height' is introduced to determine the optimum mechanics theory, and the normal deposition criterion is established. For the surface motion stage, the sliding displacement and rolling displacement on the surface are calculated based on the rotation speed of the particles. A dynamic pollution accumulation model of the composite insulator is established based on the normal deposition criterion and tangential displacement. Finally, numerical simulations are performed by using the finite element method. Simulation results show that the proposed model agrees with the actual insulator pollution accumulation, and the deposition model is still applicable for various types of composite insulators operating in different applied voltages. The deposition probability of particles increases with the increasing particle size. In the surface motion stage, particle displacement increases with particle size and wind velocity.

关键词： SURFACE-CHARGE ACCUMULATION DISCRETE-ELEMENT METHOD EPOXY INSULATOR METAL-PARTICLE ADHESIVE CONTAMINATION ENERGY COLLISION

基于隧道磁电阻效应的宽频带电流无线测量装置

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电力自动化设备 2024年第4期44卷 204-210页

作者：毕岚溪曾祥君喻锟刘丰吴湘君长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114

宽频带电气量数据包含大量故障暂态信息,传统互感器带宽受限难以精确全面地测量宽频暂态信号。针对该问题,提出一种含精确时标的非侵入式电流测量方法并设计原理样机。通过隧道磁电阻(TMR)芯片测量线路电流感生磁场,根据被测导体与TMR... 详细信息

宽频带电气量数据包含大量故障暂态信息,传统互感器带宽受限难以精确全面地测量宽频暂态信号。针对该问题,提出一种含精确时标的非侵入式电流测量方法并设计原理样机。通过隧道磁电阻(TMR)芯片测量线路电流感生磁场,根据被测导体与TMR传感器的相对位置计算变比并通过微处理器进行录波和读数。设计低噪声、可变增益的传感器模组电路和暂态录波无线测量传输模组电路,精确感知宽频信号;根据传感器实际安装位置推导传变关系式,实现对一次电流的精确计算。搭建测试平台对测量装置直流、交流及暂态信号传变能力开展测试,在10 kV配电网进行接地故障电流测量对比实验。分析了影响磁阻传感器测量精度的主要因素,结果表明其直流和工频信号测量误差小于1%,高频信号测量误差小于3%。

关键词：隧道磁电阻传感器宽频带暂态非侵入式测量

并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法

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电力系统保护与控制 2024年第4期52卷 67-76页

作者：曾超喻锟曾祥君李理贺世庚贺芳煜电网防灾减灾全国重点实验室(长沙理工大学) 湖南长沙410114

针对谐振接地系统对地参数测量不准确以及高阻接地故障选线困难的问题,提出了并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法。基于消弧线圈并联阻尼电阻的投切特性,利用投切阻尼电阻前后零序电压幅值与相位的变化关系,测量系统... 详细信息

针对谐振接地系统对地参数测量不准确以及高阻接地故障选线困难的问题,提出了并阻尼谐振接地系统对地参数测量与高阻故障选线新方法。基于消弧线圈并联阻尼电阻的投切特性,利用投切阻尼电阻前后零序电压幅值与相位的变化关系,测量系统对地电导与电容参数。在系统正常运行时,通过调整并联阻尼电阻值大小,测量各馈线零序导纳值。在发生接地故障后退出阻尼电阻,测量故障后各馈线零序导纳值,可消除系统参数不对称、互感器采样不同步的影响,主动构造故障前后各馈线的零序导纳相角差,实现故障线路的准确判别。在PSCAD仿真环境下对所提方法进行验证,结果表明:所提方法能够精确测量对地电导与电容参数,测量相对误差不高于0.6%;在不同馈线、不同过渡电阻下发生接地故障时,能准确判别故障线路,耐过渡电阻能力达10 kΩ。

关键词：阻尼电阻谐振接地系统对地参数测量高阻故障故障选线

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利用“减心法”处理加速度关联问题

物理教学 2024年第3期46卷 62-65页

作者：曾祥军黄致新华中师范大学人工智能教育学部湖北430079 重庆市开州中学重庆405417 华中师范大学物理科学与技术学院湖北430079

文章立足于加速度关联的系列问题,通过深层次思考,全方位准确地描述了该类问题的本质。立足于物理问题的本质,作者探究出一种更简便易行的解答该类问题的方法“减心法”,便于师生对加速度关联问题的处理和把握,同时在问题的解答中彰显... 详细信息

文章立足于加速度关联的系列问题,通过深层次思考,全方位准确地描述了该类问题的本质。立足于物理问题的本质,作者探究出一种更简便易行的解答该类问题的方法“减心法”,便于师生对加速度关联问题的处理和把握,同时在问题的解答中彰显了更加深刻的物理意蕴。

关键词：加速度关联本质 “减心法”

风电场集电线路单相接地故障柔性电压消弧与动态保护新原理

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1789-1801,I0010页

作者：喻锟杨理斌曾祥君王沾李理卓超智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学) 湖南省长沙市410114

为解决风电场集电系统长期存在的线路单相接地故障处理难题,提出风电场中性点柔性接地方式,理论推导获得柔性接地风电场三序等效电路,与集电线路单相接地故障复合序网模型,建立风电场零序电压柔性调控理论,提出集电线路单相接地故障柔... 详细信息

为解决风电场集电系统长期存在的线路单相接地故障处理难题,提出风电场中性点柔性接地方式,理论推导获得柔性接地风电场三序等效电路,与集电线路单相接地故障复合序网模型,建立风电场零序电压柔性调控理论,提出集电线路单相接地故障柔性电压消弧方法,可主动将故障点电压及故障残流迅速抑制到零,实现单相接地故障电弧的可靠消除。进一步提出基于零序电流动态增量的高阻故障辨识与保护方法,通过柔性调控零序补偿电流,逐渐放大故障残流,实现永久性单相接地故障的灵敏感知与保护。利用PSCAD/EMTDC搭建含双馈异步风电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)的规模化风电场模型,模拟多种运行与故障条件对所提方法进行验证,仿真结果表明,该方法能够在考虑系统不平衡电压的情况下精准调控集电线路故障点电压,实现瞬时性单相接地故障快速可靠消弧,动态感知并持续抑制永久性单相接地故障残流,实现集电线路高阻接地故障的灵敏保护。该技术有望提升风电场运行灵活性与故障防御能力,有力保障新能源电能外送的持续性、可靠性。

关键词：集电线路柔性接地单相接地故障电压消弧动态保护

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中性点柔性接地配电网故障相恢复电压暂态时域特征分析

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中国电机工程学报 2024年第3期44卷 992-1006,I0012页

作者：喻锟倪聪曾祥君梁洪湘王沾卓超智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学) 湖南省长沙市410114

配电网接地故障过零熄弧后的电压暂态恢复特性决定了系统过电压水平及电弧重燃特性,目前,中性点柔性接地配电网故障熄弧后暂态恢复电压变化机理尚不明确,为此建立柔性接地配电网接地故障暂态等值电路,理论解析故障过零熄弧后故障恢复电... 详细信息

配电网接地故障过零熄弧后的电压暂态恢复特性决定了系统过电压水平及电弧重燃特性,目前,中性点柔性接地配电网故障熄弧后暂态恢复电压变化机理尚不明确,为此建立柔性接地配电网接地故障暂态等值电路,理论解析故障过零熄弧后故障恢复电压的时域表达式。在此基础上,对比分析配电网谐振接地与柔性接地方式下,系统参数变化对故障相恢复电压暂态峰值与恢复速度的影响,揭示暂态时间尺度下故障相恢复电压特征随注入零序电流值与电流注入时机的变化规律,阐明通过中性点注入可控零序电流抑制故障暂态过电压的机理。在PSCAD/EMTDC仿真环境与10 kV真型配电网实验场中模拟各种运行和故障工况,仿真与真型实验结果均验证柔性接地配电网故障相恢复电压时域解析特征与变化规律的正确性。

关键词：配电网柔性接地方式故障恢复电压暂态时域特征

基于行波全景特征深度挖掘的单端故障定位方法

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1310-1321,I0006页

作者：邓丰曾哲祖亚瑞黄懿菲冯思旭张振曾祥君长沙理工大学电气与信息工程学院湖南省长沙市410114 国家电网石家庄供电公司河北省石家庄市050052

现有的故障定位方法基于局部波头故障特征,存在微弱故障(过零点附近故障、高阻接地故障)和母线出口处故障定位失败的技术瓶颈。为此,论文提出一种基于行波全景特征深度挖掘的单端故障定位方法。首先,基于时频域行波全景波形,理论和仿真... 详细信息

现有的故障定位方法基于局部波头故障特征,存在微弱故障(过零点附近故障、高阻接地故障)和母线出口处故障定位失败的技术瓶颈。为此,论文提出一种基于行波全景特征深度挖掘的单端故障定位方法。首先,基于时频域行波全景波形,理论和仿真论证了时域各次波头到达时序能反映不同故障区段,各次波头频率分布能反映故障位置,定性分析了行波全景波形与故障位置一一对应的映射机理,论证了行波全景波形唯一性理论;然后,以时频域故障全景波形为输入特征量,利用轻量级LeNet-5模型构建卷积神经网络(convolution neural network,CNN),并采用3×3小尺寸卷积核挖掘全景波形故障特征,建立全景波形特征量与故障距离的映射关系,实现精确故障定位;最后,利用激活热力图可视化技术展现CNN各卷积通道挖掘全景波形故障敏感特征,有力论证了所提方法具有强适应性的内在原因。仿真结果表明该文所提方法具有较高的定位精度,特别是针对微弱故障和母线出口处故障具有较强的算法适应性,故障定位平均绝对误差为99.855 m。

关键词：单端定位行波全景特性卷积神经网络激活热力图可视化

基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的主动降压熄弧机理与抑制方法

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5379-5393页

作者：李理喻锟曾祥君王沾贺世庚电网防灾减灾全国重点实验室(长沙理工大学) 长沙410114

定子接地燃弧故障是制约大型发电机安全可靠运行的技术瓶颈。为解决定子绕组接地电弧引发的绝缘击穿与铁心损伤问题,该文提出基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地主动降压熄弧方法。该文建立了定子接地燃弧电阻与弧道电压的... 详细信息

定子接地燃弧故障是制约大型发电机安全可靠运行的技术瓶颈。为解决定子绕组接地电弧引发的绝缘击穿与铁心损伤问题,该文提出基于发电机定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地主动降压熄弧方法。该文建立了定子接地燃弧电阻与弧道电压的解析关系,揭示了定子接地故障点电压降低过程中,接地燃弧电阻增大的变化规律;明确了将接地故障点电压抑制在电弧重燃电压以下时,可实现定子绕组击穿间隙回归正常绝缘状态的抑制方法。根据大型发电机定子柔性接地方式降压熄弧策略,在接地故障燃弧阶段,中性点电压源输出故障点工频与3次谐波反向电势,主动降低故障点电压,将故障点电压降低至燃弧电压以下,使定子接地电弧熄灭。利用注入信号感知定子接地燃弧状态,实时监测定子阻尼率矢量角变化趋势,判定降压消弧过程中接地燃弧故障是否消除。所提方法无需将故障点电压降低至零,可有效降低非故障相电压抬升,降低定子非故障相绕组槽内击穿风险。在PSCAD/EMTDC仿真环境模拟定子接地故障燃弧工况,对所提方法进行试验验证。试验结果表明,基于定子接地燃弧电阻变化特征的柔性接地消弧方法可主动降低定子接地故障点电压,助增故障点间隙绝缘电阻回归,抑制接地电弧重燃,降低定子非故障相绝缘击穿风险,实现定子接地燃弧故障的可靠消弧。

关键词：发电机定子弧光接地故障主动降压消弧弧道电阻故障感知

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

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电工技术学报 2024年第8期39卷 2311-2324页

作者：王力胡佳成曾祥君赵斌张治国长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410004 西藏华东水电设备成套有限公司拉萨851414

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为... 详细信息

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。

关键词：交直流混联微电网混合储能互联变流器功率协调控制