光伏并网系统故障二次谐波产生机理及其对变压器保护的影响

光伏发电系统通过逆变器矢量控制并网,其短路暂态特性异于传统电源。电网发生故障时,光伏系统输出电流中可能含有二次谐波,接入弱电网时二次谐波的影响不可忽略。以光伏并网发电系统对称故障条件为例,首先分析基于锁相环的三相并网逆变器单频率输入双频率输出的现象产生机理。其次在综合考虑并网控制及系统低电压穿越策略切换的影响基础上,分析故障暂态过程中电流二次谐波产生机理并推导二次谐波解析表达式。指出在变压器区内故障时光伏并网系统产生的二次谐波可能威胁变压器差动保护的可靠性。最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的正确性,为后续光伏发电系统接入后的电网继电保护适应性分析提供参考。     

计及负序控制策略的光伏逆变器故障特性分析

光伏接入系统发生不对称故障时，逆变器会同时控制正序电流和负序电流的输出，但目前针对计及负序控制策略的逆变器故障特性研究较少。为此，首先推导了逆变器稳态短路电流的求解方法。然后考虑不同的负序控制策略，研究了不对称故障下逆变器输出的短路电流特征和等效负序阻抗特征，揭示了光伏发电在不同控制策略和不同故障类型下故障特性的相似性和差异性。最后搭建仿真模型，对理论分析结果进行了验证。结果表明，在新能源接入电网的故障特性及保护原理研究中需充分考虑负序控制策略的影响。     

相邻变压器空载合闸对光伏输出电流二次谐波分量影响的研究

随着光伏渗透率的提高,含有大量电力电子元件的光伏并网系统改变了电网的谐波特性。当相邻变压器空载合闸于光伏并网点母线时,励磁涌流引起的母线电压波动会导致光伏输出电流中含有二次谐波分量。文章以相邻变压器空载合闸为场景,介绍光伏并网系统结构及其控制策略,揭示光伏输出电流二次谐波分量的产生机理,分析光伏输出电流二次谐波对变压器差动保护的影响并提出抑制措施。最后通过仿真验证理论分析的正确性和抑制措施的有效性。     

光伏场站送出线路采样值差动保护的谐波影响分析及改进

光伏场站通过逆变器并网,受逆变器控制策略影响,当送出线路故障时光伏场站提供的短路电流中谐波含量明显高于系统侧,其中又以3次谐波含量最高。通过对场站侧短路电流中含有3次谐波、系统侧短路电流不含3次谐波的模型进行定量分析,发现3次谐波对送出线路的采样值差动保护产生了极为不利的影响,导致采样值差动保护的固有模糊区显著增大,从而引起采样值差动保护应用于光伏场站送出线路时性能下降,甚至会出现区外故障误动、区内故障灵敏度下降的严重问题。针对该问题,提出一种改进保护方案,仍以采样值差动判据为主判据,仅在采样值差动判据的模糊区投入基于斯皮尔曼等级相关系数判据作为辅助判据。通过在PSCAD中搭建典型的光伏场站送出线路模型,验证了所提改进保护方案的有效性。     

适应于光伏电站主变压器的差动保护工作模

光伏电站主变压器产生的合闸涌流,经过电流互感器（current transformer,CT）传变后,其二次谐波比会有所提高,若同时发生区内故障,光伏逆变器的短路电流会带来额外高含量的二次谐波,这将导致主变压器差动保护在涌流闭锁期间无法及时切除故障。根据主变压器差动电流基波与二次谐波的相位差变化特征,提出一种防止保护拒动的工作模式,甄别出涌流闭锁过程中的故障发生时刻,并依据涌流与区内故障时的二次谐波比差异,及时提高故障时刻定值,以避免保护闭锁。借助PSCAD/EMTDC软件,验证故障定值选取后差动电流的二次谐波比变化和保护动作情况,结果表明,所提光伏电站主变压器差动保护工作模式区分性能优异,能够可靠切除涌流过程中发生的区内故障。     

光伏电站主变压器比率差动保护对单相接地短路故障的适应性分析

结合逆变器控制策略及我国对光伏并网逆变器低电压穿越的最新要求,分析了光伏电站主变压器发生单相接地短路故障时短路点故障电流的变化规律。在此基础上,计及主变压器绕组接线方式的影响,根据具有比率制动特性的差动保护原理,研究了差动电流与制动电流的变化规律。进一步通过计算差动电流与制动电流之比,分别从过渡电阻大小、光伏电站并网容量等方面定量分析了主变压器比率差动保护在该故障情况下的适应性。理论分析和仿真验证结果均表明,受控制策略的影响,当光伏电站主变压器两侧出口处分别发生单相接地短路故障时,主变压器比率差动保护灵敏度显著降低,并存在拒动风险。     

三峡水电站发电机变压器组内部短路主保护方案的理论分析和试验研究

根据对龙羊峡电厂和岩滩电厂机组保护的理论分析、试验研究和运行经验总结，本提出三峡电站机组短路主保护方案，即：发电机第一主保护为高灵敏单元件横差保护，第二主保护为故障分量负序方向保护；变压器第一主保护为考虑励磁特性的变压器短路保护，第二主保护为故障分量标积制动式差动保护，后采用三相电流和谐波制动方式。     

励磁变压器差动保护五次谐波闭锁新判据

励磁变压器为谐波电流含量很高的负载变压器,其比率制动特性曲线斜率低,易受谐波电流的影响,存在因变压器过励磁导致保护误动作的情况,因此,需要为比率制动辅以过励磁闭锁判据。传统的过励磁闭锁判据存在解锁延迟、解锁失败的缺陷,文中提出了一种以差动电流中工频负序分量为辅助判据的新型五次谐波闭锁判据。通过MATLAB/Simulink对新旧两种判据的仿真分析,在负载为整流桥的励磁变压器系统中验证了所提新判据的有效性,解决了传统判据易受故障电流谐波分量影响的缺陷,解锁速度更快、解锁范围更广,更适用于励磁变压器这类谐波含量较高器件的比率差动保护。     

基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护

由于双馈风电场输出的故障电流具有频偏特性且含有较大的谐波分量，当双馈风电场送出变压器发生内部故障时，变压器差动电流中二次谐波与基波的比值增大，使得变压器差动保护面临延时动作的风险；且系统发生故障时，双馈风电场输出的故障电流中存在大量非周期分量，会使得送出变压器中的电流互感器更易发生饱和现象，致使传统变压器差动保护的可靠性降低。提出了基于去趋势分析的大规模风电场送出变压器的差动保护方案。首先，将采样电流通过滑动数据窗进行去趋势分析得到去趋势残差函数，然后，结合电流波形斜率特征完成对变压器励磁涌流及故障差流（包含电流互感器饱和状态下）的有效区分。最后，在PSCAD中搭建了双馈风电场送出系统，在不同工况下验证且分析了所提保护方案的适用性。     

不平衡情况下光伏多电平逆变器的控制策略研究

电网发生不对称故障时,电网电压中存在的负序分量会对光伏并网控制造成影响。为了消除逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波,采用了正、负序独立旋转坐标系的控制方法,做了基于光伏三电平逆变器的电网不平衡情况下的并网控制策略仿真。仿真结果表明采用正、负序独立旋转坐标系的控制方法,逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波得到有效抑制。     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

一起不平衡电流对主变差动动作分析

高压电力变压器是电能的主要传输设备,电网运行中的不平衡电流有时可以引起变压器低压侧的近区故障,这样对变压器的低压绕组可以造成很大的冲击,引起主变差动保护动作。提出了不平衡电流对主变差动保护动作的影响,以某220kV变电站的不平衡电流谐波引起电容器放电短路故障为例,对事故进行分析,并提出了预防近区短路的一些措施,对今后预防类似事故的发生有一定的指导作用。     

基于负序电流判别的变压器差动保护零序电流自动补偿方法

对于星形/三角形(Y/d)连接组的变压器,形成差动量一般采用2种转角方式:Y侧电流移相转角(Y→d)和d侧电流移相转角(d→Y)以实现二次电流的幅值和相位校正.为了避免中性点直接接地侧外部单相接地短路时差动保护误动,2种转角方式都消去了差动电流中的零序分量,但因此降低了差动保护反应内部单相接地短路和匝间短路的灵敏度.直接利用中性点零序电流对差动电流进行自动补偿可以兼顾区内外接地短路时保护的可靠性与灵敏度,但实际上由于三相电流互感器(TA)与中性点零序TA的不同型问题,也可能导致差动保护的误动.研究表明,充分利用变压器各侧负序电流在区内外接地短路时的不同相位特征,可以对差动电流进行零序电流的自动补偿,既提高了区外接地短路时保护的可靠性,又保证了区内接地短路时保护的灵敏度不会降低.该方法无需增加额外的零序TA二次接线,也避免了零序TA极性校验问题.     

逆变侧换流变压器网侧接地故障对差动保护影响分析

特高压直流输电系统逆变侧换流变网侧单相接地故障后,网侧电压跌落可能会引发直流系统换相失败,有直流分量流入换流变压器绕组,使变压器铁芯磁通发生偏移,引起换流变饱和,产生故障性涌流,进而影响其安全稳定运行。针对逆变侧换流变网侧单相接地故障产生的故障性涌流问题,通过开关函数理论讨论了换流阀正常换相以及换相失败两种情况下网侧故障电流特征,分析了逆变侧网侧单相接地故障后换流变磁通的变化情况。在此基础上,研究了电流互感器饱和对换流变差动保护的影响。结果表明,换流变网侧区内故障情况下,网侧电流互感器饱和,使得换流变差动电流二次谐波含量超过门槛值,导致差动保护误闭锁。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了分析的正确性。     

电流互感器二次侧开路的危害及对策

对电流互感器（current transformer,CT）二次侧开路产生很高的感应电压、引起发电机负序电流保护装置和纵差保护装置误动作的危害进行了具体分析,并介绍几种实现CT二次断线保护的方法及解决CT二次侧开路问题的最佳方法。     

自适应变压器励磁涌流判据研究

基于差流谐波正序分量的变压器励磁涌流判据能够有效识别励磁涌流和内部故障。为了进一步提高差动保护的励磁涌流闭锁可靠性和内部故障动作快速性,分析了变压器端电压及其基波正序分量突变量在励磁涌流和内部故障时的不同特征,由此确定了自适应控制因子Q,并将Q加入到差流谐波正序分量的励磁涌流判据中,进而提出了一种自适应变压器励磁涌流新判据。大量EMTP仿真及动模实验表明：新判据能够在励磁涌流时自动降低涌流制动定值,提高涌流的闭锁可靠性;在内部故障时自动升高涌流制动定值,提高区内故障时保护的动作速度。     

△侧套管内电流互感器接线的变压器差动保护分析

针对在电力工程中为节省投资而采用低压 (△侧 )套管内有气隙电流互感器的情况 ,论述了单相变压器差动保护原理 ,介绍了三相变压器差动保护的 3种接线方法。分析结果表明 ,变压器△侧相绕组差动保护的TA接线 ,无论其是否为套管TA ,对匝间故障保护效果都无差异。但对相间短路故障 ,三相式变压器 △ 侧绕组差动保护接套管TA时 ,接法不同 ,保护效果则不同。     

变压器保护新原理

变压器通常采用纵差动保护作为主保护,纵差动保护会受到励磁涌流的影响而误动作。目前已有很多识别励磁涌流的方法,但都有其局限性,不能绝对可靠地区分励磁涌流和空投于故障变压器的短路电流。该文提出了一种不受空投时励磁涌流影响的变压器差动保护原理,并用阻抗原理反应空投于内部故障。这种保护配置在内部故障时有很高的灵敏度,在外部故障时又有很强的制动作用,不反映空投时的励磁涌流,却能反映变压器空载合闸时有故障的情况,解决了变压器差动保护的难题。