含双馈风电机组的电力系统故障计算方法研究

双馈风电机组馈出的短路电流特性极其复杂,传统以交流同步电机供电电源为基础的电网故障分析方法不能适用于含双馈电源的电网短路计算。根据双馈风电机组低压穿越运行的技术要求,在电网对称故障和不对称故障条件下,建立了计及其励磁调节特性影响的短路电流计算模型。在此基础上,基于对称分量法建立了含多双馈风电机组接入的电网各序等效电路,通过对电网电动势方程、故障边界条件方程和双馈风电机组短路计算模型方程进行迭代求解,计算电网各支路的故障电流和各节点电压。与算例的仿真结果对比表明,该短路电流计算方法计算准确度高,可较好地满足工程应用要求。     

双馈型电源短路电流统一解析方法及特性分析研究

新能源电源故障电流特性研究是电网故障分析和保护原理研究的重要基础。双馈型电源由于结构特殊且暂态特性复杂,特别是在不对称故障条件下,与低电压穿越控制策略有关,且控制策略多样化,导致其故障电流特性理论分析较为薄弱。针对此,建立双馈型电源在电网不对称故障条件下的数学模型,考虑陷波器和RSC励磁调节特性的影响,建立转子电流内环控制系统简化的等效模型。在此基础上,推导PI控制器参数的解析表达式,分析控制系统相位裕度和穿越频率取值范围,建立双馈型电源转子电流的简化计算模型,最后形成适用于不同控制策略的双馈型电源短路电流统一解析表达式,为含新能源电源接入的电网故障分析方法和继电保护新原理的提出奠定了重要基础。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真平台,证明了建立的双馈型电源短路电流统一解析表达式的正确性。     

分布式电源短路计算模型及电网故障计算方法研究

分布式电源的发电模式及并网方式多样,其馈入电网的故障电流特性与传统交流同步发电机相比存在较大差异,使以传统交流同步电机供电电源为基础的短路电流分析理论和方法难以满足分布式电源接入后电网故障分析的要求,给继电保护原理研究和整定计算提出了新的课题并备受关注。根据不同类型分布式电源的低压穿越运行技术要求,建立逆变型电源的短路计算模型。并考虑异步型电源撬棒保护的动作行为特征,建立了异步型电源在电网严重和非严重故障条件下的等值计算模型。进而,提出了含分布式电源接入的电网故障计算方法。仿真对比分析表明,电网故障计算方法精度较高,能更好地满足工程应用要求。     

带低电压穿越特性的逆变型分布式电源对配电网短路电流的影响

逆变型分布式电源(IIDG)的大规模接入使得原有的配电网短路电流计算方法不再适用,这就给含IIDG配电网的继电保护整定带来了困难。在对IIDG的低电压穿越特性及控制策略分析的基础上,给出了含单个以及2个IIDG的配电网短路电流计算的通用方法。该方法将IIDG等效为只包含在正序网络中的压控电流源模型,并通过分析发生不同类型故障时含IIDG配电网的等效电路图或复合序网图,建立了短路电流计算方程,进而推导了短路电流计算公式。通过在PSCAD中进行建模仿真,验证了该方法的正确性。最后,根据推导得到的短路电流计算公式,利用MATLAB软件分析了含IIDG配电网短路电流随系统参数以及IIDG容量变化的一般规律。     

计及光伏发电低电压穿越不确定性的主动配电网短路电流概率评估

光伏发电注入电网的短路电流由故障时并网点电压跌落和机组低电压穿越共同决定,而电网故障时光伏低电压穿越能力具有不确定性。该文分析光伏发电并网运行时,在不同端电压跌落下呈现的故障特性;考虑光伏低电压穿越能力的不确定性,用正态分布概率密度函数表征光伏发电脱网的随机特性,建立光伏发电低电压脱网的随机评估模型;进一步结合系统故障信息,基于蒙特卡洛模拟提出计及低电压穿越不确定性的主动配电网短路电流概率评估方法,通过光伏发电短路电流特性、低电压脱网评估模型与故障条件来确定系统短路电流概率分布。最后,通过13节点和50节点配电网算例对该文方法进行验证,该方法综合考虑配电网故障发生和光伏发电低电压脱网的随机因素,所得短路电流结果能准确反映系统的实际短路电流水平。     

含低电压穿越型光伏电源配电网自适应正序电流速断保护

在配电网发生故障的情况下,具有低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力的光伏电源(PV)的输出电流与PV容量、故障类型以及故障位置等因素密切相关,这给配电网电流保护的整定带来了很大困难。分析了PV的低电压穿越运行特性及控制策略,给出了含PV配电网的故障分析方法。并结合含PV配电网故障时短路电流的特点,分析了现有配电网自适应电流速断保护存在的问题,针对PV只输出正序电流这一特点,提出了一种适用于多个PV接入的配电网自适应正序电流速断保护。利用PSCAD建立了一个10 kV配电系统模型,仿真验证了该保护的正确性。     

具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性

新能源电源大规模接入电网背景下,电网故障特征发生根本性改变,电网继电保护正面临新挑战。由于新能源电源故障特性与其所用变换器控制紧密相关,而变换器具体采用的控制策略随生产厂家不同而不同,一般也不公开,所以这些因素使得揭示新能源电源短路电流特性成为难题。针对逆变型新能源电源(IIREG),提出了基于并网逆变器与直流卸荷电路协调控制的故障穿越策略,确保IIREG穿越不对称度100%的故障。以此为基础,分析逆变器控制策略与IIREG短路电流特性间关联规律,进一步从理论上推导出了不依赖逆变器控制结构及参数的IIREG稳态短路电流计算公式。最终,采用硬件在环实验,验证了所提故障穿越策略与IIREG稳态短路电流表达式的有效性和正确性,同时通过分析故障类型、位置及所接电网短路容量水平对IIREG故障电流特性的影响,揭示了IIREG与常规同步电机相比的差异。这为含IIREG电网继电保护适应性分析及配置整定研究提供理论支撑。     

含光伏电源的配电网故障定位策略研究

基于监测电压暂降的配电网故障定位逐渐成为研究热点,同时随着智能配电网的发展,光伏电源越来越多的接入配电网。光伏电源的接入使传统的辐射型配电网的网络结构发生变化,且光伏电源的故障电流特性与同步发电机不同,使得基于电压暂降的配电网故障定位方法运用于含光伏电源的配电网时会产生较大误差。为了解决含光伏电源配电网的故障定位问题,基于低电压穿越控制策略针对光伏电源的短路电流特性进行了分析,然后介绍了含光伏电源的配电网故障电流的求解算法。通过遍历搜索候选母线,确定使得电气故障后故障电压实测值与理论计算值最为吻合的母线和故障类型,从而确定故障最邻近的母线。基于对IEEE34节点配电系统改造后的算例进行计算仿真,验证了文章方法应用于含光伏电源配电网定位的正确性和有效性。     

考虑分布式电源低电压穿越特性的配电网短路电流计算方法

随着并入配电网的DG容量逐渐增加,DG对配电网短路电流的影响不宜忽略。为了获得更加准确的短路电流计算结果,提出了一种含分布式电源配电网的通用短路电流计算方法。该方法基于换流器型分布式电源在配电网故障后的低电压穿越输出特性,得到了通用的低电压穿越故障等效模型;基于该模型,对传统的基于节点电压方程的短路电流计算方法进行了改进,满足了配电网对三相对称和不对称短路电流计算方法的通用性要求。最后,利用仿真算例验证了所提短路电流计算方法的正确性。     

风电场低电压穿越和短路电流仿真与分析

随着风电规模的不断发展,在故障情况下接入电网的风电机组正常运行影响着电网的安全稳定。运用PSCAD仿真分析软件,采用某一地区实际电网模型对风电场低电压穿越及其对故障点短路电流的影响进行分析,得到电网故障时风电场的低电压穿越特性与短路电流间的关系。     

含低电压穿越型分布式电源配电网的短路电流计算方法

换流器型分布式电源(DG)在配电网中的应用使传统配电网的短路电流计算方法不再适用。根据DG在配电网故障点前后位置的不同,将DG处理为不同类型的故障等效模型,故障点上游DG采用低电压穿越故障等效模型,故障点下游DG采用恒定电流源故障等效模型。提出了一种基于叠加定理的短路电流迭代计算方法,在每一次迭代过程中,根据当前节点电压和DG的故障等效模型分别修正故障点上游DG和下游DG的输出短路电流,并利用节点电压方程求解配电网的短路电流和节点电压分布,直到满足收敛条件。通过对算例系统的分析计算,验证了所提方法的正确性。该方法可应用于含DG的大规模配电网的短路电流求解。     

含逆变型分布式电源的不平衡配电网短路电流计算方法研究

逆变型分布式电源（IBDG）的输出由其控制策略决定而具有很强的非线性,使传统配电网的短路电流计算方法不再适用,而配电网的不对称更是进一步增加了其短路计算的难度。根据对称分量法推导出不平衡配电网的故障点各序电流,提出一种基于序网络迭代修正的不平衡配电网短路电流计算方法,在每一次迭代中,根据当前节点各序电压分别修正IBDG的输出电流和各不对称元件补偿电流源的输出电流,利用节点电压方程得到新的节点各序电压和故障点各序电流,直到满足收敛条件。最后,基于PSCAD/EMTDC对含IBDG不平衡配电网的进行了仿真计算,验证了所提方法的准确性和有效性。     

计及LVRT光伏电站并网下方向元件动作区域计算

针对低电压穿越控制策略下的并网光伏电站会影响配电网传统方向元件的动作区域,提出适用于光伏电站并网的配电网系统方向元件动作区域计算方法。以故障时光伏电站输出特征为前提,对线路不同位置与不同故障类型下保护处正序电压与正序电流的相角关系进行分析,提出基于正序故障电流和正序故障电压相角差的方向元件动作区域。基于PSCAD搭建典型含光伏电站配电网模型,对各种故障类型及故障位置进行仿真验证,结果表明所提方法能有效判断故障方向,且不受故障类型与故障位置的影响。     

基于故障区域局部迭代的工程实用化新能源短路电流计算

新能源快速发展,正在由辅助电源向主力电源过渡.现有新能源工程短路电流计算存在两大问题.一是用1.2～2倍额定电流表征新能源故障特性,过度简化导致计算精度差,难以满足保护要求;二是现有短路电流整定计算软件不支持迭代,因而无法根据节点电压变化而更新新能源故障电流,体现其压控电流源特性.针对该问题,首先,基于新能源的故障特性精细化解析模型,结合现场故障录波数据,构建满足工程实用计算要求的电压电流映射关系;然后,根据电网故障后节点电压跌落程度和节点之间的连接关系划分故障区域,并在故障区域内依据新能源的工程实用化计算公式进行局部迭代计算来求解网络的节点电压和短路电流,从而避免了全局迭代可能带来的收敛性问题,同时也缩短了计算时间;最后,通过工程计算软件验证了所提方法的计算效果.     

新疆电网风电基地110 kV人工短路试验及结果分析

为了削弱对化石能源依赖的程度和发展新能源,中国新疆地区风电装机容量逐年攀升。与此同时,大规模风电并网对传统配电网带来的冲击日益显著,尤其是短路故障发生时对短路电流的影响,导致继电保护可靠性降低,电力系统失稳。此次新疆电网110 kV人工短路试验,不仅进行了详细试验方案的编制,还对短路电流的影响因素进行了探析以及基于PSASP潮流方式的计算值和试验值误差的分析。最后,得出现行电力系统不同类型的风机计算模型与电网实际情况的贴合程度和不同故障类型下的计算电流与实测电流的误差比,并且总结出计算值与实测值存在误差的影响因素。     

A Fault Equivalent Network Based Method for Calculating the Doubly Fed Wind Power Generator Short-circuit Currents

Abstract—Current research on short-circuit currents of the doubly fed induction generator is all based on the traditional flux analysis theory. In this article, a novel method to calculate the doubly fed induction generator stator and rotor short-circuit currents is proposed based on the fault equivalent network. First, the fault network is decomposed into a no-fault (normal operation) network and a fault supplementary network. On this basis, considering the influence of the terminal voltage phase jump and the rotor-side converter control, from the perspective of function decoupling, the fault supplementary network is further decomposed into the stator-side fault supplementary network and the rotor-side fault supplementary network. Laplace transformation is then used to calculate the current additions of the two fault supplementary networks. Thus, the analytical expressions of all currents under the grid symmetrical and asymmetrical short circuit could be derived. Finally, both simulation and dynamic experiment results verify that the doubly fed induction generator short-circuit current expressions derived with the proposed method are correct, which facilitates the short-circuit current calculation and relay protection setting of a power grid with a doubly fed induction generator connection.     

低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法

双馈风电机组(DFIG)的规模化应用使得电力系统的故障特性发生了变化,极大制约了电力系统继电保护的实施。针对现有研究未计及低电压穿越(LVRT)措施对DFIG故障特性的影响问题,对低电压穿越控制下DFIG的短路电流进行研究,重点考虑DFIG无功功率输出通过改变机端电压对机组故障输出特性的影响。着眼于DFIG定转子绕组反应、变换器LVRT控制的相互耦合,通过构建LVRT控制下的DFIG矢量模型,导出了LVRT控制启动前和启动后的DFIG短路电流表达式,从无功功率输出和LVRT控制启动延时两个方面分析LVRT控制对DFIG短路电流的影响,建立LVRT控制启动前和启动后的DFIG故障等效模型,提出考虑LVRT控制影响的DFIG并网系统短路电流的计算方法。     

基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法

配电网中发生高阻接地故障时,短路电流小于传统过流保护的阈值,无法被常规保护装置检测和清除。若不及时消除短路电路,极易演化成严重故障。针对该问题,文中首先分析发生高阻接地故障时配电网的故障分量特征和基于母线处的正序电压故障分量与其相连接的各馈线正序电流故障分量的相位差特征,给出适用于配电网高阻接地故障检测的故障判据。然后,为解决配高阻接地故障检测过程中系统不平衡引起的一系列问题,制定了相应的故障检测启动判据。基于该故障检测判据和启动判据,制定基于故障分量原理的配电网高阻接地故障检测方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立含架空线路的中压配电网模型,仿真结果验证了所提高阻接地故障检测方法的正确性。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。