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计及低穿控制的双馈风电机组故障电流特性研究

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水力发电 2016年第7期42卷 111-114,122页

作者：蒋永梅李凤婷张谦新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047

推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式,分析了双馈风电机组在对称短路情况下的短路电流特性。基于Matlab/Simulink仿真平台,构建了基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装... 详细信息

推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式,分析了双馈风电机组在对称短路情况下的短路电流特性。基于Matlab/Simulink仿真平台,构建了基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置(MSVC)和撬棒(Crowbar)保护电路的双馈风电机组低电压穿越模型,仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组(低穿)能力,研究了Crowbar和MSVC的投切对于双馈风电机组输出短路电流的影响。

关键词：双馈风电机组磁控电抗器低电压穿越故障特性

特高压输电线路故障特性研究及断路器失灵保护的改进

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特高压输电线路故障特性研究及断路器失灵保护的改进

作者：黄俊重庆大学

学位级别：硕士

我国首个特高压(UHV)交流试验示范工程——1000kV晋东南一南阳一荆门特高压输电线路工程已经于2006年8月开始正式开工建设,此工程起自1000kV晋东南变电站,经1000kV南阳开关站,止于1000kV荆门变电站;线路全长约645公里,途经山西、河南、... 详细信息

我国首个特高压(UHV)交流试验示范工程——1000kV晋东南一南阳一荆门特高压输电线路工程已经于2006年8月开始正式开工建设,此工程起自1000kV晋东南变电站,经1000kV南阳开关站,止于1000kV荆门变电站;线路全长约645公里,途经山西、河南、湖北三省。随着此项特高压工程的建设,必将引起全国整个电力行业对特高压方面的关注,电网中输电线路的故障特性,也将成为特高压系统的研究热门课题,在线路及断路器的保护方面也将提出越来越高的要求。本文在研究现有特高压输电线路模型的基础上,建立了特高压长距离输电线路的故障仿真模型;利用Matlab强大的仿真和计算功能,研究特高压输电线路发生各种故障时的状态,并进行分析;再通过对断路器在分断故障电流时,能正常分断短路电流和不能分断短路电流的情况进行分析、比较;通过分析和比较,总结出断路器失灵保护可以使用的特征量,对提高断路器的失灵保护的可靠性和速动性进行研究。本文的工作如下:①在国内外学者对长线路方程求解的基础上,从多角度建立了具有分布参数特性的单相输电线路模型以及其计算方程,对等值链状模型、贝瑞隆模型和时变动态相量模型进行比较,确定等值链状模型为本次仿真的模型。②利用Matlab仿真软件对特高压系统的各种短路情况进行仿真,各种短路故障情况主要有:同一短路点三相短路、单相接地短路、两相接地短路、两相短路的比较分析;不同地点各种短路情况。对各故障状态仿真出的结果进行系统分析,结果表明:由于特高压输电线路电压等级高,输送容量大,线路长等特性,造成短路电流在短路瞬间不能突变而产生很大的衰减直流分量且衰减非常缓慢,在长线末端故障电流中含有很大的高频分量。③对电弧的理论进行研究,在Matlab软件中使用电弧模型,比较结果,并确定Schwarz电弧模型为本文特高压系统仿真所需的电弧模型。电弧暂态过程中存在的高频分量使得线路电压发生畸变,影响了线路电压量的获取精度,对继电保护设备的正确动作产生一定的影响。④对目前现有断路器失灵保护的原理和动作的情况进行介绍,提出基于电流变化量的自适应断路器失灵保护的方案。应用该保护方案,能在断路器操作失灵的情况下,自适应地加快切除线路故障时延。⑤根据提出的方案,重新建立仿真模型,并对各种故障情况进行仿真,通过仿真的结果来验证电流变化量作为特征量的可行性。

关键词：特高压故障特性电弧失灵保护电流变化量

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微网故障的特性分析和控制策略

微网故障的特性分析和控制策略

作者：尉志勇华北电力大学

学位级别：硕士

微网可以将分布式电源有效组织起来,抑制分布式电源波动性和间歇性带来的不良影响,提高系统的可靠性和灵活性。分布式电源通常采用电力电子装置作为接口接入微网,微网的故障特性与传统配电网有很大不同。因此,研究微网的故障特性和故障... 详细信息

微网可以将分布式电源有效组织起来,抑制分布式电源波动性和间歇性带来的不良影响,提高系统的可靠性和灵活性。分布式电源通常采用电力电子装置作为接口接入微网,微网的故障特性与传统配电网有很大不同。因此,研究微网的故障特性和故障时的控制技术具有较重要的理论意义和工程应用价值。本文首先设计微网的结构参数,建立微网的模型,作为故障分析和故障控制的基础。建立了光伏阵列、风力发电机和储能电池的数学模型;分析讨论了光伏发电系统和风力发电系统的控制策略;对于储能系统,提出了带线路阻抗补偿功能的下垂控制策略。在PSCAD/EMTDC中对分布式电源的控制策略、微网的正常运行以及并离网切换进行了仿真验证。在微网模型的基础上,对微网故障特性进行分析。理论分析并仿真验证了光伏发电系统和风力发电系统的故障特性。对储能系统的故障特性进行仿真分析,结果表明在出口电压跌落时逆变器会出现过流现象,需要增加控制措施。对微网在不同运行模式下的故障特性进行仿真分析。在主网发生故障时,微网内部电压发生跌落,流过联络线的电流增大并严重畸变。由于分布式电源的输出限流作用,孤网运行时的线路故障电流比并网时的故障电流小很多。最后,研究了微网故障时的控制策略。光伏发电系统和风力发电系统在电网不对称故障时,采取双电流闭环控制,实现输出电流对称。为了解决储能系统在电网故障时的过流问题,提出了在故障时加入虚拟电阻进行限流的控制策略。针对微网并网运行时主网发生故障的情况,提出通过安装故障限流器来提高微网故障穿越能力的方法,以减弱主网故障对微网的危害。在PSCAD/EMTDC中对所提出的控制策略进行了验证。

关键词：微网故障特性虚拟阻抗故障限流器

城市电缆化率对配电网的中性点接地方式及故障特性影响的研究

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城市电缆化率对配电网的中性点接地方式及故障特性影响的研究

作者：李建南华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

配电网中性点的接地方式问题和很多方面都有着密切的关系,如供电可靠性,安全性,绝缘等问题。这些年来,配电网的电缆化率很大程度的升高,这使得网络中的电容电流也随之增加,间歇性弧光接地产生的故障比例增大,为了解决这些问题,提出对中... 详细信息

配电网中性点的接地方式问题和很多方面都有着密切的关系,如供电可靠性,安全性,绝缘等问题。这些年来,配电网的电缆化率很大程度的升高,这使得网络中的电容电流也随之增加,间歇性弧光接地产生的故障比例增大,为了解决这些问题,提出对中性点接地方式进行改进。随着新兴接地方式的推出,新的问题也随之产生。如何在现有情况下改进单相接地故障模型,并提出更完善的接地方式是值得研究的问题。同时在研究实际工况时发现,当变压器的中性点采用经过间隙来接地时,负载存在的电动机在发生接地故障时,产生反馈作用,导致零序电压增大且无法衰减到安全值,间隙保护动作,变压器被切除,线路重合闸后,由于变压器断开,线路的正常运行就会受到影响。本文针对变压器的中性点如何接地的选择又进行了一定的研究。首先,在了解了现今存在的电弧模型的基础上,对电缆化率较高的情况下发生频率较高的间隙性电弧接地故障进行数学模型的推导分析,进一步改进,并使用仿真软件进行仿真分析验证,得到更完善的单相接地故障模型;其次,研究了现存的各种中性点接地方式的基础上,在在电缆化率升高的情况下,分析每一种中性点接地方式存在的缺陷和不足,提出改进的接地方式。并使用仿真分析软件进行处理分析,将第一步中所改进的故障模型应用到此处的线路中代替传统单相接地故障。最终得到一种改进的接地方式,称为消弧线圈分时段并联电阻接地方式。在新的中性点接地方式下,研究原有接地方式的保护配置,找出不合理的地方,对继电保护配置进行完善;接着,本文又针对变压器的中性点处的接地结构进行了分析,以实际配电网中出现的问题为出发点,研究变压器的间隙保护,并研究电动机负荷的反馈作用对变压器中性点接地布局的影响,使用仿真软件进行分析,从负载的变化角度来研究变压器中性点处电气量,最终得出变压器采用经间隙接地的初步量化安全条件。

关键词：电缆化率故障特性中性点接地方式消弧线圈分时段并联电阻变压器经间隙接地

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基于CFD的船用离心泵故障特性研究

基于CFD的船用离心泵故障特性研究

作者：兰建大连理工大学

学位级别：硕士

随着全球经济和航运业的飞速发展,船舶运行时的安全性逐渐被人们重视,其中船用设备尤其是离心泵的正常运行是保证船舶安全性的一个关键因素。本文通过对船用离心泵常见的三种故障下的运行特性进行分析研究,为离心泵的故障监测和故障诊... 详细信息

随着全球经济和航运业的飞速发展,船舶运行时的安全性逐渐被人们重视,其中船用设备尤其是离心泵的正常运行是保证船舶安全性的一个关键因素。本文通过对船用离心泵常见的三种故障下的运行特性进行分析研究,为离心泵的故障监测和故障诊断提供参考依据。本文的主要研究工作如下:首先对离心泵在偏流量故障下的运行特性进行分析,发现在设计工况下的离心泵流场压力、速度以及湍动能分布均匀,压力脉动呈周期性变化,其压力脉动的频率为f 及其倍频,叶轮径向力较小且分布在原点周围,此时离心泵效率达到最大值。当偏离设计工况时,泵内流场分布变得不再均匀,割舌两侧压力差与速度差相应增大,压力脉动明显变大,在小流量工况下割舌处还会出现强烈的低频脉动。叶轮径向力在偏流量故障下明显增大且分布偏离原点周围。然后建立离心泵叶片折损故障模型,对其进行运行特性分析,发现叶片折损故障主要造成离心泵性能参数下降,折损叶片相邻流道压力和速度分布不均匀以及蜗壳区域压力和速度降低。在叶片折损状态下,压力脉动仍呈现出周期性变化,但是在一个周期内,各监测点只波动五次。折损叶片及其相邻叶片处的压力波动较为剧烈,而远离折损叶片处的叶片压力脉动基本无影响。各点均出现了不同程度的低频脉动。对于蜗壳、割舌以及离心泵出口处来说,压力脉动主频向低频处转移。叶轮径向力有所增加,且径向力不再具有周期性。最后基于多相流理论对离心泵在设计工况下的空化现象进行数值仿真,发现当NPSH>NPSH时,离心泵的扬程会保持稳定,叶轮流场压力分布均匀,低压区和空泡分布范围较小,泵内监测点的压力脉动主频为f 。当NPSH=NPSH时,泵内空化会造成扬程的小幅度下降,叶轮流场低压区范围和空泡分布向叶轮出口位置扩大。当NPSH故障会使得叶轮径向力小幅度增加且偏离原点周围,也会使径向力频域的主频幅值加大。

关键词：离心泵故障特性压力脉动径向力频谱分析法

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微网故障特性分析和保护原理研究

微网故障特性分析和保护原理研究

作者：梁明辉华中科技大学

学位级别：硕士

随着能源与环境问题的日益凸显,如何提高风能、太阳能等可再生能源的利用率,实现社会和环境的可持续发展,已经成为电力事业发展的重中之重。为协调大电网和分布式电源的矛盾,充分挖掘分布式能源为电网和用户带来的价值与效益,微网技术... 详细信息

随着能源与环境问题的日益凸显,如何提高风能、太阳能等可再生能源的利用率,实现社会和环境的可持续发展,已经成为电力事业发展的重中之重。为协调大电网和分布式电源的矛盾,充分挖掘分布式能源为电网和用户带来的价值与效益,微网技术作为一种利用分布式电源的有效形式受到了广泛关注。微网是将微电源、储能装置、负荷及控制装置等结合,既能并网运行又能独立自治运行的区域性电力系统。与传统的配电网不同,微网的结构不再是单一形式电源、放射状,微网中潮流分布和短路电流分布也有了很大变化,使用传统的继电保护如过流保护等将在故障识别与故障定位方面遇到很多困难,因此,研究新的适合于微网的保护策略具有重大的现实意义。本文将逆变器接口的微电源供能系统组成的微网作为研究对象,首先建立了微电源的等值计算模型,在此基础上利用Matlab/Simulink建立了微网的仿真平台,对微网在孤岛和联网两种运行模式下的故障特性进行了研究,从而为微网保护的原理研究和特性分析提供指导。微网经过联络线接入配电网,微网保护系统的研究涉及联络线保护和微网内部保护两部分。在微网联络线的保护方面,论文首先探讨了影响微网孤岛及故障穿越运行方式的几个因素,总结出了几种常见的微网与配电网隔离策略,并针对不同的隔离策略,提出了与之相适应的联络线保护原理和方案。在微网内部保护方面,对现有的微网保护策略进行了梳理和总结,并重点探讨了低电压保护和电流差动保护两种保护策略,分析了它们的保护原理和实现方案,并对其保护性能作出了评价。在此基础上,本文提出一种基于电流比相原理的保护方案,该方案包括微网馈线保护和微电源保护两个可以相互配合的部分,在孤岛和联网两种运行模式下都可适用,并利用Matlab/Simulink对提出的保护方案进行了仿真验证,对其保护性能作了评价。在本文的最后,对所做工作进行了总结,并指出了下一步研究的方向。

关键词：分布式发电微网故障特性保护方案

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风电变流器的开路故障特性及诊断方法研究

风电变流器的开路故障特性及诊断方法研究

作者：孙桂中哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在全球能源变革的大趋势下,风能已经成为目前重要的能源之一。随着环境问题的日益严重,世界各国开始重视发展风力发电,近年来风力发电得到迅速发展。随着风电机组接入电网的容量不断增加,电网与风电机组之间的相互影响也越来越大,并且... 详细信息

在全球能源变革的大趋势下,风能已经成为目前重要的能源之一。随着环境问题的日益严重,世界各国开始重视发展风力发电,近年来风力发电得到迅速发展。随着风电机组接入电网的容量不断增加,电网与风电机组之间的相互影响也越来越大,并且风电机组通过全功率变流器与电网连接电力电子变流器可以实现风能高效、稳定地并网,因此在风力发电系统中得到了广泛的应用。考虑到风力发电系统运行环境恶劣,变流器长时间地运行会带来元器件的损坏,进而导致重大事故。其中,尤其以风力发电系统变流器中IGBT开路故障最为严重,因此,对变流器的故障能够迅速判断并采取有效保护措施,对风力发电系统的运行稳定性有着积极的作用。首先,本课题以永磁直驱风力发电机变流器为研究对象,针对变流器内部的IGBT开路故障诊断的关键技术进行研究,研究了永磁直驱风力发电系统组成,分别对风力机系统、永磁同步发电机系统、变流器系统等进行深入分析,着重对风电变流器的拓扑结构、基本原理和控制方式等进行了深入的研究,为后续风力发电机变流器故障特性的研究提供了理论基础。其次,对变流器故障特点进行分析,分析风力发电系统变流器开路故障的基本原理,结合故障特点,对变流器的开路故障进行分类,并且分别针对网侧变流器和机侧变流器的各类开路故障进行了MATLAB/Simulink仿真研究,进而分析各开路故障特性,包括:电流波形、电压波形、有功波形以及无功波形等。最后,通过对三相故障电流的正负序分量分析,研究了风力发电机变流器IGBT开路故障特征的提取方法,将正负序电流分量幅值作为小波神经网络训练的样本,用以减小样本数目,提高学习效率,更好的对故障进行分辨。结合三相故障电流方向和电流过零点等信息,采用基于小波神经网络算法来实现风电变流器开路故障诊断和定位。通过算例进行验证,表明了所采用的故障诊断方法的有效性。

关键词：风力发电机变流器故障特性诊断方法小波分析神经网络

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多端柔性直流配电网故障特性分析

多端柔性直流配电网故障特性分析

作者：李玉西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着大功率电力电子技术的不断发展,直流输电领域核心技术不断取得突破,基于MMC的VSC-HVDC系统已然成为直流电网的发展方向。随着CIGRE国际大电网委员会于2015年7月成立SC6.31《直流配电可行性研究》专题小组,标志着以中压直流配电网为... 详细信息

随着大功率电力电子技术的不断发展,直流输电领域核心技术不断取得突破,基于MMC的VSC-HVDC系统已然成为直流电网的发展方向。随着CIGRE国际大电网委员会于2015年7月成立SC6.31《直流配电可行性研究》专题小组,标志着以中压直流配电网为研究的柔性直流技术得到大力推广。众多国内外学者和科研机构对直流配电网的规划与设计、运行与控制、关键设备、保护与故障诊断等方面开展了相关研究工作。本文首先介绍了柔性直流配电网的拓扑结构、模块化多电平换流器MMC基本单元的工作原理以及MMC换流站主设备参数选择。其次为了更好的解决孤岛运行方式下不平衡负荷供电的需求,在第四章提出了一种改进型孤岛控制策略。基于MATLAB的Simulink仿真平台,搭建了仿真模型,验证了该控制策略可以实现不平衡负荷下的稳态运行,并且能够保证供电侧的电能质量。最后对典型故障类型进行梳理及分析,研究了直流配电网单极故障下带故障运行的需求研究,交流单相接地带故障运行时直流配电网的运行特性,接地电阻的运行方式与故障特性的关系,直流电抗器与故障特性的关系。并在PSCAD仿真平台中搭建了4端柔性直流配电网电磁暂态模型,对交流侧、直流侧的故障进行了仿真,为保护的配置及保护定值的设计提供了依据。

关键词：柔性直流电网 MMC 孤岛供电故障特性

基于PSCAD/EMTDC的MMC-HVDC故障特性及保护策略研究

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基于PSCAD/EMTDC的MMC-HVDC故障特性及保护策略研究

作者：沈添福华南理工大学

学位级别：硕士

模块化多电平换流器（Module Multilevel Converter,MMC）由于其输出电压质量高、谐波含量少、开关频率较低及损耗小等特点,近年来在柔性直流输电工程领域得到广泛应用。鉴于国内外目前对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVD... 详细信息

模块化多电平换流器（Module Multilevel Converter,MMC）由于其输出电压质量高、谐波含量少、开关频率较低及损耗小等特点,近年来在柔性直流输电工程领域得到广泛应用。鉴于国内外目前对基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）在故障特性及其保护策略方面研究甚少。因此,本文主要针对MMC-HVDC系统的控制策略、不同故障下的特性进行深入的理论研究分析,然后提出相应的保护策略,并进行仿真验证,结果证明了保护控制策略的可靠性。本文结构如下:首先,研究了MMC-HVDC的工作原理,主要针对MMC换流器拓扑结构以及其工作机理、MMC换流器调制原理以及MMC-HVDC换流站控制策略进行介绍分析,为MMC-HVDC系统PSCAD/EMTDC建模、故障特性分析以及相应保护控制策略提供理论基础与依据。其次,在仿真平台PSCAD/EMTDC上对MMC-HVDC进行建模,针对建模中的启动环节控制、MMC内部环流削弱控制、直流电压平衡控制及矢量控制进行仿真验证,仿真结果表明搭建模型控制环节的可靠性。最后,针对MMC-HVDC仿真模型中子模块故障、直流母线双极短路故障、交流母线三相短路接地故障以及风电场并网的MMC-MTDC交流系统不对称故障进行仿真,然后针对不同故障提供相应的保护策略进行仿真验证,仿真结果证明保护策略的可行性。

关键词：模块化多电平换流器（MMC）柔性直流输电故障特性保护控制策略