双绕组高压发电机外部故障仿真模型

建立了双绕组高压发电机的详细电路分析数学模型。模型可以用来分析双绕组高压发电机的稳态运行、外部相间故障或接地故障。采用理论分析方法计算了高压发电机的两套三相定子绕组的自感和互感，并且以11MW、45kV的双绕组高压发电机为模型，给出了稳态运行和故障时的仿真结果。利用该模型可以对高压发电机的保护方案进行有效的验证或者作相应的改进。     

双绕组高压发电机外部故障仿真模型

建立了双绕组高压发电机的详细电路分析数学模型。模型可以用来分析双绕组高压发电机的稳态运行、外部相间故障或接地故障。采用理论分析方法计算了高压发电机的两套三相定子绕组的自感和互感,并且以11 MW、45 kV的双绕组高压发电机为模型,给出了稳态运行和故障时的仿真结果。利用该模型可以对高压发电机的保护方案进行有效的验证或者作相应的改进。     

大型水轮发电机定子单相接地故障的暂态仿真

根据水轮发电机定子和转子的绕组结构，在利用多回路理论计算定子和转子绕组电感参数的基础上，考虑定子绕组对地电容的分布性，建立了新的水轮发电机定子绕组单相接地故障暂态仿真模型，将定子绕组单相接地问题的研究统一在一个模型之中。文中以三峡发电机的一种设计方案为例，分析了定子绕组对地分布电容对模型的影响，讨论了单相接地过程中机端与中性点处零序电压及接地故障电流随故障位置和接地电阻的变化关系。该模型适合发电机定子绕组单相接地故障的全过程仿真，可为单相接地故障继电保护方案的分析与开发提供基础。     

能量变换器内部故障仿真

文中用直接相量法建立了能量变换器定子绕组内部故障分析的数学模型。该模型不仅可以对能量变换器中性点经高阻接地和经消弧线圈接地情况进行仿真,还能对绕组内部不同位置处发生的故障进行仿真。以一台能量变换器样机为模型,仿真了定子内部发生单相接地、两相接地故障情况,并给出了故障电流波形。与同容量的常规发电机相比,能量变换器的故障电流较小。     

能量变换器内部单相接地故障建模与分析

为了研究能量变换器(Powerformer)定子绕组内部短路故障,以直接相量法为基础建立了能量变换器定子绕组内部单相接地故障分析的数学模型,并给出了基于Matlab/Simulink的仿真模型.该模型不仅可以对能量变换器中性点经高阻接地和经消弧线圈接地情况进行仿真,还能对沿绕组内部不同位置处发生的故障进行仿真.对一台130kW/5kV的能量变换器仿真结果表明,中性点经消弧线圈接地的接地电流很容易达到安全电流以下;而且与同容量的常规发电机相比,能量变换器的故障电流远小于常规发电机.     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

大型同步发电机单相接地故障的暂态多回路分析——数学模型

大型同步发电机定子单相接地故障是发电机常见故障，其潜在的危害很 大，因此相关的仿真研究非常重要，但是准确分析其暂态规律非常困难。文中采用准分布电 容等效实际定子绕组对地的分布电容，将定子绕组每个支路划分成若干个电路单元，建立大 型发电机定子单相接地故障的多回路分析暂态数学模型，推导出实际值形式和标幺值形式的 状态方程，并给出了相应的数值解算方法以及仿真结果。该模型可以同时考虑定子绕组对地 分布电容的影响，以及定子绕组内部接地故障带来的定子绕组结构上不对称的影响。〖ＫＨ ５Ｄ〗〖ＨＴＨ〗     

大型水轮发电机定子绕组接地故障的数字仿真

根据大型水轮发电机定子绕组的结构,建立了新的接地故障时零序电压的数字仿真模型,探讨了水轮发电机发生定子接地故障后机端和中性点侧零序电压的的变化规律。在此基础上,提出了一种简化的数字仿真模型,该模型可被用来分析各种定子接地故障保护方案的特性。     

基于接地电流的大型发电机定子接地保护及精确定位方法

为避免大型发电机的不合理跳闸对电力系统造成冲击,提出一种基于接地电流的发电机定子接地保护,根据发电机接地后零序等效网络实时计算故障点接地电流,只有当其大于安全允许值时保护才快速跳闸,以保障发电机的安全,否则只发出告警信号。同时,为减少检修工作量、加快故障排除,针对大型发电机定子绕组结构特点,提出一种定子接地故障的自动精确定位方法,可识别出故障相、故障分支和故障匝数。给出了保护和定位方法的具体实现方案,并搭建了发电机定子绕组内部故障仿真模型,仿真分析结果证明了保护方法的可行性以及相比传统保护方法的合理性,并验证了定位方法的精度。     

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。     

A novel protection for powerformers in NIEPS

A new type of high-voltage generator which offers a direct connection to the power network without the need for a step-up transformer is called powerformer. The neutral of the most powerformers is unearthed which belongs to NIEPS. When a stator single phase-to-ground fault occurs in a powerformer, every generator that is connected in parallel with the faulty powerformer has the same voltage. Traditional protection schemes using zero sequence voltage and third-harmonic voltage signals cannot detect which powerformer is faulted. In order to solve this problem for powerformer protection, a novel stator single phase-to-ground fault protection based on the direction and magnitude of zero-sequence currents is proposed in this paper. Simulation results have shown that, under different fault conditions, the new scheme can distinguish reliably internal faults from external faults, and can detect stator single phase-to-ground fault occurred in which powerformer with resistance 1 kΩ. A 100% of the winding can be fully protected.     

A Novel Self-Adaptive Compensated Differential Protection Design Suitable for the Generator With Considerable Winding Distributed Capacitance

This paper presents a self-adaptive compensated differential protection of ac synchronous generators, particularly a type of high-voltage graded insulated cable wound generator, powerformer. The phase voltages at the terminals are utilized to estimate the capacitive currents when the generator is synchronized and no fault is detected. With the calculated capacitive current the capacitance distribution along with the winding of the generator can be determined. This capacitance will be equivalently arranged on the terminal and neutral of the generator respectively in a reasonable partition. Then, the capacitive current in the case of normal operation, external fault and internal fault can be calculated using the terminal voltage and the determined capacitance. It can be compensated to improve the reliability of the differential protection. The feasibility and effectiveness of the proposed scheme is proved with the simulation test results     

具备内部故障仿真能力的永磁同步发电机电磁暂态建模与仿真方法

对永磁同步发电机(PMSG)内部定子绕组故障的精确建模与仿真有助于设计有效的状态检测系统和控制保护策略。首先对PMSG内部故障特征进行分析和详细的数学推导,给出了适合电磁暂态(EMT)建模的状态空间形式的动态方程。进而提出了一种PMSG内部故障EMT建模与仿真方法,并推导出其等效电路。利用MATLAB对推导出的方程进行了数值计算迭代求解,并在PSCAD/EMTDC中搭建了PMSG测试模型,与数值计算结果进行分析和对比验证。分析结果表明,PMSG内部故障会在短路路径中产生较大的循环故障电流,但是从发电机外部特性很难判断是否发生内部故障。对比验证结果表明,所建立PMSG内部故障EMT模型可准确反映内部故障特征,验证了所提建模方法的正确性。     

基于电压相位比较的双馈风电场输电线路单相接地距离保护

基于双dq坐标系的双馈感应发电机(DFIG)暂态模型,推导了DFIG正、负序突变量阻抗表达式并研究其相角变化特征。针对DFIG突变量阻抗角变化,提出一种单相接地时故障点序电流与保护安装处序电流之间相位差的计算方法,从而得到以保护安装处电压为参考值的故障点电压和补偿电压的相角。以区内外故障时故障点电压和补偿电压之间的相位关系为依据,提出适用于双馈风电场输电线路的电压相位比较距离保护方案。仿真结果表明,所提方法不受过渡电阻、故障位置及系统运行方式的影响,能够准确判别区内外故障。     

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法

由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性,文中提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法,通过全电磁暂态模型的接口位置设置2次不同接地电阻的三相短路故障,联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比,文中方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性,从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。     

基于自定义模型的变压器纵差动保护PSCAD仿真

为了减少变压器的继电保护设计、整定计算存在的误差,提出一种根据内部漏抗参数等值计算与短路阻抗实际参数测定相结合的方法,利用曲线拟合技术,得出变压器在不同故障条件下的精确等值短路阻抗参数。在此基础上,采用FORTRAN语言接口技术,在PSCAD/EMTDC中,结合实际数字式变压器保护装置建立了主保护及后备保护的精确短路阻抗自定义模型,并利用等值系统模型对变压器线圈内部不同位置的对地短路、匝间短路、相间短路分别进行了仿真计算。结果表明,采用新型的拟合方法及自定义元件能准确地模拟并分析变压器内部故障及继电保护装置的动作行为,为继电保护的原理设计及实际应用提供科学依据。     

Single‐phase to ground fault current distribution in transmission system based on the improved double‐side elimination method

In order to calculate the fault current distribution when a single‐phase to ground fault occurs in a transmission system with asymmetric parameters, this paper proposes an improvement on the traditional double‐side elimination method based on the phase component model. The improved double‐elimination method widens the range of the original method to the situation of multiple overhead ground wires and double power sources at both terminals. From the fault point, it divides the system into the left and right networks. Taking the left network as an example, the equations of all spans are formed. Then, the forward–backward recursive process of the theory is demonstrated. By optimizing the matrix calculation process, the calculation model for computers is formed, which can easily calculate the fault current on phase wires and overhead ground wires when a single‐phase to ground fault occurs. By comparing the results from this theory and the results from the EMTP simulation software, the correctness of the theory is established. Furthermore, in this paper we give a detailed discussion on the influence of tower grounding resistance and overhead ground wire operation mode on the fault current distribution. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.