光伏发电系统直流串联故障电弧检测方法研究

根据光伏阵列不同阴影下的伏安（U-I）输出特性，分析光伏发电系统直流串联故障电弧产生机理，通过搭建故障电弧实验平台分析直流故障电弧的信号特性，进而提出一种基于Volterra级数的串联直流故障电弧检测方法。该方法先对电流信号进行相空间重构，然后在重构的相空间内建立Volterra级数模型以提取时域核特征，并采用狮群算法（LSO）优化的核限学习机（KELM）辨识故障电弧。实验结果表明：该方法能准确检测光伏阵列正常运行与阴影状态下的强直流故障电弧，还能检测微弱直流电弧。     

光伏系统直流串联故障电弧检测方法

故障电弧是光伏系统电气火灾事故的常见原因,研究可靠的光伏系统直流故障电弧检测方法对保障系统运行和人身安全有重要意义。首先搭建了光伏系统直流故障电弧实验平台,采集了故障电弧典型电信号;接着对其进行了稳定性分析、时变性分析、相关性分析和随机性分析,并以特征显著、计算量小、抗干扰强为比选条件,选取欧拉特征作为故障电弧检测的最优特征;然后构建了故障电弧检测算法,算法以多阈值判断体系为核心发掘故障电弧差异于系统暂态过程的特征模式;最后,将算法硬件实现后在系统中再进行实验测试。结果表明,所提出的算法对不同光伏系统工作点和电弧产生方式条件下的故障电弧均可在0.5 s内实现正确检测。     

光伏直流系统用故障电弧检测装置技术研究

主要针对光伏直流系统用故障电弧检测装置的测试方法展开研究。首先,搭建光伏直流系统故障电弧检测装置试验平台,采用光伏模拟器模拟不同天气情况下的光伏组件发电特性输出;其次,将故障电弧检测装置接入测试平台中的不同位置来模拟装置在光伏直流系统中可能安装的位置,并且通过使用不同功率逆变器来模拟故障电弧检测装置在不同光伏系统等条件下的情况。对试验结果进行分析后发现,由于光伏系统发电条件的多变性,采用频域特性方法且配有高精度传感器的故障电弧检测装置能更准确地识别故障电弧;同时,提出了为验证装置的可靠性,应在不同运行状态及不同接入位置对装置进行测试。     

光伏电站中故障电弧信号的传输行为研究

在大型光伏电站中存在数量众多的连接点和连接线缆,表明可能产生电弧故障的潜在发生点很多,故障电弧信号从发生点到达电弧检测单元可能需穿过光伏组件串和连接电缆。为分析光伏系统直流故障电弧信号从故障点传输到检测点可能的信号变化情况,建立大型光伏电站的高频等效模型,分别针对不同位置的串联、并联电弧信号到达直流母线上电弧检测点的传输行为进行仿真及分析。结合实验模拟测试,证实电弧信号主要会受传输线缆寄生参数的影响而导致其频率特性发生一定的改变,在大型光伏电站故障电弧检测过程中的信号特征提取需考虑电弧信号的变化。     

基于ATP-EMTP的电弧接地故障的建模及仿真

对配网频发的单相电弧接地故障,建立能够正确反映其特征的数学模型是十分必要的。运用弧隙能量平衡理论在ATP-EMTP上建立接地电弧模型,进一步研究了电弧模型中主要参数对电弧特性的影响规律,达到了反映电弧故障物理特性的目的;最后,将此模型应用于某10 k V配网间歇性电弧接地故障,其过电压倍数符合实际情况,验证了模型正确性。     

光伏直流配电故障诊断及火灾风险评估技术

长期服役的光伏发电系统直流配电故障概率高、火灾风险及危害大,严重影响光伏电站的运行安全、发电与出力能力,并对电站运维提出故障与火灾精准检测的技术挑战。为此,从生产现场直流配电柜故障分析入手,揭示接触不良、绝缘劣化、故障电弧、电气火灾的演变机理;分析国内外故障电弧诊断与火灾检测技术的理论成果应对在运电站电弧火灾的有效性,提出故障电弧预诊断与火灾检测技术的应用解决方案。研究结果表明,提出的故障电弧诊断与火灾检测技术应用方案,弥补直流继电保护对串联电弧故障无法保护的不足,能够有效诊断故障电弧并检测烟雾和高温,避免火灾及其扩大事故的发生。     

典型故障条件下光伏阵列建模与仿真

为实现光伏阵列在典型故障条件下的仿真模拟和数据分析,利用Simulink搭建了局部遮阴、开路、短路和老化条件下的光伏阵列仿真模型。构建2种光伏组件模型,通过实验数据分析,得到精度较高的光伏组件模型;根据光伏阵列故障原理,通过搭建物理接口电路实现优选的光伏组件模型和电阻器之间的串并联,建立光伏阵列故障模型。对光伏阵列故障输出特性进行仿真分析,结果表明,该光伏阵列故障仿真平台便于故障模拟和特性分析,能够直观看出光伏阵列电气参数变化趋势,为研究如何有效地选取电气参数作为故障诊断模型的输入特征变量提供了理论依据。     

精确击穿电弧模型仿真及分析

电缆故障电弧的动态特性对电缆故障测距起着至关重要的作用。故障电弧是由于过电压击穿空气而产生的。通过大量的理论分析研究和仿真对比,设置击穿电压为门限值,采取将击穿时刻提取出来,建立应用在电路故障测距的基于TACS开关精确三段式击穿电弧模型,对故障电弧的特性进行仿真计算。结果与实际电弧的动态特性相吻合,验证了该模型的正确性。     

光伏系统直流电弧故障检测方法对比研究

光伏系统中存在着大量的接口和导线,一旦接口松动就很容易发生电弧。根据接口位置的不同,电弧分成串联电弧和并联电弧,且由于光伏板大量的串并联连接,同一种类型电弧因发生位置不同产生电弧噪声差异性,导致电弧检测误判和漏判,给工程应用带来经济损失或火灾风险。该文采集了多种电弧情况下直流母线处的电弧噪声信号,得到了对应故障电弧的特征,分别从时域、频域以及时频域这3方面对实验得到的电弧信号进行研究分析,从而实现故障电弧的对比分析研究。实验结果证明时域检测能实现串联电弧的识别,但对并联电弧的检测有局限性;频域方法不受其他因素的干扰,准确度高,但缺乏时间尺度,不够全面;时频域检测方法的精确度高,电弧类型和发生位置对结果影响不大,更适合于故障电弧的全面分析与识别。     

基于光伏并网的网源协调保护配合方法研究

针对光伏并网后对原电网结构的改变,对光伏电源本体保护在光伏电源接入后发生短路时的故障特性问题展开了一系列研究和分析,通过将理论和仿真结果结合,对光伏并网后对电网电流保护所产生的作用进行说明,深入研究了孤岛保护、光伏低电压穿越两者与自动重合闸间的配合关系,指出并网后故障位置的不同以及光伏并网位置差异对系统保护所产生的影响,最后给配电网保护提出配置方案。     

光伏电站串联型直流电弧的检测算法与保护实验研究

该文提出结合电弧频域特征和多路信号频谱的相关系数的直流电弧检测算法。通过信号调理和奇异值分解对采集的电流信号降噪,采用线性规划优化参数的分段频谱二次加权的方法提取了电弧频域特征T和多路信号频谱的相关系数R,以T和R作为输入量设计了基于逻辑回归的直流电弧检测算法。对2700组历史数据进行电弧检测,误判率0.3%,漏判率0.29%。同时,研制电弧发生器与在线监测设备,在光伏电站进行串联型直流电弧模拟试验。结果表明,检测系统能准确识别电弧故障,迅速动作熄灭电弧,并向后台发送报警信息,响应时间约为60 ms。     

光伏电站串联型直流电弧的检测算法与保护实验研究

该文提出结合电弧频域特征和多路信号频谱的相关系数的直流电弧检测算法。通过信号调理和奇异值分解对采集的电流信号降噪,采用线性规划优化参数的分段频谱二次加权的方法提取了电弧频域特征T和多路信号频谱的相关系数R,以T和R作为输入量设计了基于逻辑回归的直流电弧检测算法。对2700组历史数据进行电弧检测,误判率0.3%,漏判率0.29%。同时,研制电弧发生器与在线监测设备,在光伏电站进行串联型直流电弧模拟试验。结果表明,检测系统能准确识别电弧故障,迅速动作熄灭电弧,并向后台发送报警信息,响应时间约为60 ms。     

光伏系统直流母线电弧故障的固有频率法测距

提出一种基于固有频率法的直流母线电弧故障测距方法。在电弧故障发生后,记录输电线首端的一段暂态电压信息;对于串联电弧故障,取断路器动作后的数据;对于并联电弧故障,则取断路器动作前的数据。提取固有频率主成分后,代入公式d-v/(2f)均可实现对串联和并联电弧故障点的测距。与传统行波法测距相比,具有计算简单、测距精度高以及成本低的优点。通过电路模型仿真与低压直流输电平台实验,证明了方法的可靠性与实用性。试验结果表明,该方法的测距误差在6%以内。     

特高压直流对同塔交流线路的过电压影响分析

随着我国电力工业的发展,特高压直流输电凭借其在远距离输电上的优势而成为我国特高压发展的重要方向。局部地区电力走廊紧缺,使交直流同塔架设输电线路成为必然。当交直流导线同塔架设时,将在导线间产生很强的电磁耦合。主要研究特高压直流线路故障对同塔架设交流线路过电压的影响。根据规划中的锡盟—上海交直流同塔多回输电线路相关数据,采用电磁暂态程序建立了详细的直流换流站模型以及交直流同塔架设输电线路模型,研究了特高压直流输电线路故障对同塔架设的超高压交流线路的影响,并分析了不同故障类型、运行工况、耦合段线路长度、耦合段位置等因素对交流感应过电压的影响。结果表明,交流线路上的感应过电压幅值在交流线路绝缘水平允许范围内;直流发生接地故障时,交流线路通过耦合作用在直流故障弧道产生潜供电流。分析了交流线路不同换位方式对直流线路潜供电流的影响,并对限制措施提出了建议。     

直流电弧炉的底电极结构及其耐火材料

介绍了各种直流电弧炉的结构差异与各自的工作特点以及对其所需相关耐火材料品种的基本性能要求 ,详细论述了不同结构的直流电弧炉所使用的各种耐火制品和散状耐火材料的生产工艺条件、原材料选择标准与各自相关的技术指标以及今后改进的方向。     

直流电弧炉水冷钢棒式底电极传热过程的数值仿真

采用文献[1]建立的“直流电弧炉水冷钢棒式底电极传热过程二维数学模型”,在验证模型正确可信的基础上,对直流电弧炉底电极的传热过程进行了数值仿真计算,所得结论对直流电弧炉的生产有重要的指导意义。     

Power switch failures tolerance and remedial strategies of a 4-leg floating interleaved DC/DC boost converter for photovoltaic/fuel cell applications

In recent years, many researchers have proposed new DC/DC converters in order to meet the fuel cell requirements. The reliability of these DC/DC converters is crucial in order to guarantee the availability of fuel cell systems. In these converters, power switches ranked the most fragile components. In order to enhance the reliability of DC/DC converters, fuel cell systems have to include fault-tolerant topologies. Usually, dynamic redundancy is employed to make a fault-tolerant converter. Despite this kind of converter allows ensuring a continuity of service in case of faults, the use of dynamic redundancy gets back to increase the complexity of the converter. In order to cope with reliability expectations in DC/DC converters, floating interleaved boost converters seem to be the best solution. Indeed, they have much to offer for fuel cells and DC renewable energy sources (i.e. photovoltaic system), including reduced input current ripple and reliability in case of faults. Despite the offered benefits of this topology, operating degraded modes lead up to undesirable effects such as electrical overstress on components and input current ripple increasing. The aim of this paper is to carry out a thorough analysis of these undesirable effects and to propose remedial strategies to minimize them.     

变压器三相涌流波形特征分析及判别方法研究

在揭示变压器励磁涌流两大波形特征的基础上,充分利用波形特征,提出一种利用波形特征区分变压器励磁涌流和内部故障电流的方法,该方法基于涌流波形呈现出尖顶波的凹弧特征,而故障电流基本保持正弦波形特征,在半波周期内找到采样值的极值点及频率,构造出与之对应的虚拟正弦波形,通过判断合闸电流与构造波形在半波周期内的相似程度来区分励磁涌流和故障电流。仿真结果表明,该方法能够有效、快速切除变压器内部故障,并且不受电流非周期分量的影响。     

直流电弧炉散弧现象的分析

分析了直流电弧炉精炼期出现电弧发散、发软现象，根据电场理论进行计算，指出其产生发散现象的原因，并就此提出一些建设性改进措施。     

Fault handling for a wind farm with an internal DC collection grid

As a result of the increased wind power penetration, there are increased requirements for robustness of the wind farms during disturbances and faults. The wind farms are required to stay connected during short grid faults, and also, the disturbances as a result of internal faults should be minimized. In this paper, the fault ride‐through properties during external faults for a wind farm with an internal direct current (DC) grid are investigated. A safe detection of the fault is derived, as well as the reconnection procedure after the fault has been cleared. Also, the operation during internal faults has been investigated, focusing on the faults in the DC bus. It has been shown that the wind farm with an internal DC grid can operate through faults in the external grid and reconnect well within the requirements stated in the grid codes. Further, methods for detection of internal faults are derived, and it was shown that a faulted part can be disconnected and the non‐faulted parts can be back in operation within 100 ms using a DC breaker in each radial and within 300 ms without DC breakers. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.