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电网与清洁能源 2023年第6期39卷 8-16页

作者：刘翼肇王金浩左鹏飞秦文萍常潇李胜文雷达国网山西省电力公司电力科学研究院山西太原030001 国网山西省电力公司长治供电公司山西长治046011 太原理工大学电力系统运行与控制山西省重点实验室山西太原030024

柔性直流配电系统发生极间短路故障后,系统短路电流大,对系统安全稳定运行产生威胁,同时考虑到电力电子器件的耐受能力,换流器将会闭锁,导致故障信息量减少,对保护方案的速动性和可靠性提出了很高的要求。针对此问题,文章首先分析了直... 详细信息

柔性直流配电系统发生极间短路故障后,系统短路电流大,对系统安全稳定运行产生威胁,同时考虑到电力电子器件的耐受能力,换流器将会闭锁,导致故障信息量减少,对保护方案的速动性和可靠性提出了很高的要求。针对此问题,文章首先分析了直流线路极间短路故障电流特性,然后揭示了故障时区内外故障电流曲线的积分差异,最后提出基于线路故障电流积分比的极间短路选线方案。在实时数字仿真器(real time digital simulator,RTDS)上搭建基于模块化多电平换流器的直流配电网仿真模型,验证了所述方案的有效性与适用性,具有较好的耐受过渡电阻和抗噪能力。

关键词：直流配电网极间短路故障积分比实时数字仿真器

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基于积分比分布的单相接地故障熄弧时刻识别策略

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电力自动化设备 2020年第4期40卷 178-184页

作者：何柏娜宁家兴黄桂春孔杰王乐淼颉雅迪姜仁卓毛亚哲周宇洋山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255049

现有自适应重合闸在识别出瞬时性故障后普遍经过固有延时合闸,忽视了故障点电弧熄灭与否,为进一步提高重合闸的自适应能力,有必要对故障熄弧时刻进行识别。通过计算分析超高压线路接地点熄弧前后故障相端电压特性,对比发生瞬时性故障时... 详细信息

现有自适应重合闸在识别出瞬时性故障后普遍经过固有延时合闸,忽视了故障点电弧熄灭与否,为进一步提高重合闸的自适应能力,有必要对故障熄弧时刻进行识别。通过计算分析超高压线路接地点熄弧前后故障相端电压特性,对比发生瞬时性故障时故障相端电压绝对值函数在二次电弧阶段和恢复电压阶段的差异,发现二次电弧阶段绝对值函数的积分在相邻时间窗内大小始终不变,积分比约为1,而恢复电压阶段初期相邻时间窗内的积分存在显著差异,其积分比出现较为明显的突变。通过设定上下阈值,将故障相端电压绝对值函数积分比作为熄弧时刻识别判据,若积分比连续5次超过所设阈值,则判断故障熄弧。大量EMTP-ATP仿真表明,该判据能可靠识别熄弧时刻,且不受并联补偿度、故障位置以及过渡电阻影响,具有较强的自适应性。

关键词：超高压输电瞬时性故障故障相端电压并联电抗器积分比熄弧时刻

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基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究

基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究

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作者：左鹏飞太原理工大学

学位级别：硕士

本文研究内容来源于山西省科技重大专项项目“中低压直流配电网关键技术(20181102028)”子课题5“中低压交直流配用电系统计量和保护关键技术研究及设备研制”和国网山西省电力公司科技项目“中低压直流配电网调控、保护和安全用电关键... 详细信息

本文研究内容来源于山西省科技重大专项项目“中低压直流配电网关键技术(20181102028)”子课题5“中低压交直流配用电系统计量和保护关键技术研究及设备研制”和国网山西省电力公司科技项目“中低压直流配电网调控、保护和安全用电关键技术及应用(520530200014)”。柔性直流配电系统具有换流环节少、控制灵活、运行损耗低、系统可靠性高、传输容量大、供电质量好、有利于光伏等清洁能源及直流负荷灵活高效接入的优点,直流配电网在未来直流技术和配电系统的发展中具有广阔的前景。然而,由于直流配电网包含大量电力电子器件,整个直流系统所固有的低惯性、弱阻尼特性,导致系统故障电流大,故障过程发展极快,再考虑到电力电子装置的耐受冲击能力弱,系统中的保护装置必须在2～5ms内快速识别故障,并有选择性地切除,防止事故扩展和设备受损,为电力系统的安全、可靠运行提供一个良好的前提。因此,直流配电网的保护技术研究仍是亟待解决的技术难题。本文以直流配电网为研究对象,基于柔性直流配电线路故障特征分析开展保护方案研究。首先,详细分析了柔性直流配电网拓扑在供电可靠性、经济性等方面的特点。通过建立等效数学模型对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)及双主动全桥(dual active bridge,DAB)直流变压器的运行原理及控制方式进行了研究。在实时数字仿真器(real time digital system,RTDS)中搭建了相应的中低压柔性直流配电网模型并对模型的正确性进行了仿真验证,为后面详细分析系统直流侧的故障暂态特性及针对性地研究其保护方案奠定了基础。其次,从理论角度对柔性直流配电网线路上发生接地及短路故障时的故障暂态特性进行详细分析,得出了适合保护分析的相关电气量的变化特征。接着,针对直流侧单极接地故障时,故障极对非故障极会产生影响的问题,构造零模电流量,利用提取的故障暂态零模电流特征量在故障线路与非故障线路之间的差异,提出了一种基于零模电流相关性系数的单极接地保护方案。详细分析论证了本方案的实现原理、工作流程及影响因素。结合仿真实验对所提保护方案在不同影响因素下的有效性进行了验证。仿真结果表明所提出的单极接地保护方案耐受过渡电阻、传输延时、信号噪声的能力较强,保护的性能不受影响,保护能准确识别故障线路,同时在交流侧发生接地故障的情况下,直流侧保护不会误动。最后,针对直流侧双极短路故障时短路电流大,换流器闭锁会降低短路电流幅值但同时导致故障信息量减少的问题,利用换流器闭锁之前线路两侧电流特性在故障线路与非故障线路之间的差异,提出了一种基于故障电流曲线积分比的双极短路保护方案。详细分析论证了本方案的实现原理、工作流程及影响因素。结合仿真实验对所提保护方案在不同影响因素下的有效性进行了验证,仿真结果表明本文所提出的保护方案耐受过渡电阻、传输延时、信号噪声的能力较强,保护的性能不受影响,保护能快速识别故障线路,同时在直流母线故障及交流侧发生接地故障的情况下,不会对保护产生任何影响,保护可靠不动作。

关键词：柔性直流配电网故障特性零模电流相关性积分比

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高压交流输电线路单相自适应重合闸技术研究

高压交流输电线路单相自适应重合闸技术研究

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作者：宁家兴山东理工大学

学位级别：硕士

高压交流输电线路上发生的故障大多为瞬时性单相接地故障,为保证供电可靠性,自动重合闸装置被广泛应用。然而自动重合闸具有一定的盲目性,要实现永久性故障断路器可靠不重合,避免电力系统再次遭受短路电流冲击,合闸前的故障识别就显得... 详细信息

高压交流输电线路上发生的故障大多为瞬时性单相接地故障,为保证供电可靠性,自动重合闸装置被广泛应用。然而自动重合闸具有一定的盲目性,要实现永久性故障断路器可靠不重合,避免电力系统再次遭受短路电流冲击,合闸前的故障识别就显得尤为重要。并且对于部分燃弧时间较长的瞬时性故障,断路器存在重合于故障未熄弧状态的可能,因此故障电弧熄灭时刻的确定也是合闸成功的关键。本文针对高压交流输电线路单相自适应重合闸故障性质识别和熄弧时刻捕捉分别进行如下研究。首先,研究高压交流输电线路发生单相接地故障后的恢复电压和故障电弧特性,分析并联电抗器对潜供电弧的抑制作用,得到并联补偿度下限,并对中性点小电抗特性进行说明,利用ATP仿真软件搭建输电线路瞬时性故障和永久性故障仿真模型,得到断开相端电压等电气量特征。其次,对输电线路发生单相接地瞬时性故障和永久性故障时断开相端电压的特性进行理论分析,通过对比两种故障状态之间的差异,给出一种单相自适应重合闸故障识别优化策略,即在第一个拍频周期内采集故障相端电压,利用故障相端电压理论值与实测值之差比上中性点小电抗电压,检测比值是否小于所设阈值进行故障状态识别,在检测到线路绝缘恢复后,经预设延时进行合闸操作。再次,分析高压输电线路发生单相接地瞬时性故障时故障点彻底熄弧前后（二次电弧阶段和恢复电压阶段）的差异,给出一种单相接地故障熄弧时刻识别算法。利用故障点熄弧前后断开相端电压绝对值函数积分比差异作为识别判据,当检测到积分比连续5次超过所设阈值时,判定故障点电弧熄灭。最后,利用ATP仿真验证两种算法的有效性。结果表明,故障识别算法不受故障位置和过渡电阻影响,能够准确辨别故障性质,易于实现。熄弧时刻识别算法能够将检测误差控制在10ms左右,识别精度及可靠性高,并且不受潜供电弧实际熄弧时间长短的影响,具有较强的自适应性。

关键词：自适应重合闸故障识别熄弧时刻断开相端电压积分比

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