含逆变器电源的电力系统短路电流计算

本文针对具有低电压穿越功能的经过逆变器并网的电源,首先分析其交流侧故障后的暂态特性与传统旋转电动机暂态特性的不同,指出不同主要体现在两方面,其一为前者短路电流中不含有暂态直流分量,其二为若忽略逆变器限流的快速动态,短路前后逆变器相当于稳态电流突变的电流源,因此基于短路前后电源状态量不突变的传统的短路电流计算方法不能用于含逆变器电源电网的短路电流计算。本文对传统方法进行了改进,用传统方法和改进方法分别编程实现了含逆变器电源的某配网的短路电流计算,通过对计算结果的对比分析,指出了传统方法存在的问题,和改进方法的适用范围及超范围应用时的误差。     

关于500kV电流互感器的暂态特性问题

在超高压系统中,电流互感器的暂态特性是一个重要的问题,暂态特性是指电流互感器当一次侧发生短路时,二次侧在短路发生之后,短路电流进入稳态之前的一段时间里对一次电流的反应特性。对于500千伏电流互感器的一次侧发生短路时,在短路瞬间将有很大的短路电流直流分量及交流分量,前一个分量在铁芯中形成一个暂态磁通,这个暂态磁通与原来的稳态磁通迭加将使铁芯急遽饱和,因为电流互感器励磁回路和二次回路的时间常数比一次回路的时间常数大很多,因此在短路电流直流分量消失后,暂态磁通的影响依然存在,铁芯继续饱和,因而使一次电流不能转变到二次侧使二次     

适用于含新能源逆变电源网络的全时域短路电流计算方法

含新能源逆变电源在故障后无恒定电动势,因而传统交流网络短路电流计算所用的内电动势-阻抗方法不再适用。为解决该问题,提出了一种包含新能源逆变电源故障稳态和暂态2种时间尺度下的全时域短路电流计算方法。故障稳态计算中结合逆变电源的控制策略,将逆变电源视为非线性电流源,充分反映了逆变电源短路后的故障特性。故障暂态计算中基于稳态短路电流结果,利用由控制系统推演出的暂态微分方程,求解出暂态过程中的电流表达式。最后将计算值和仿真结果、录波结果进行对比,验证了该方法的可行性。     

基于数字混合仿真的电网一次时间常数计算方法

电网一次时间常数是决定非周期分量衰减快慢的因素,准确计算电网一次时间常数是开展电流互感器暂态特性分析的重要前提。利用电力系统全数字仿真装置的混合仿真功能,提出了一种准确计算电网一次时间常数的方法。通过对全系统机电暂态建模及局部电网电磁暂态建模,获取不同运行方式下的短路电流,滤波后得到短路电流的非周期分量,最终求得电网一次时间常数。仿真结果表明,所提出的算法具有较高的计算精度。     

高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算

高比例变流型电源接入输电系统可能提高系统短路电流水平,导致电力设备选型面临更高的动热稳定要求。通过分析变流型电源实验平台的短路电流测试波形的包络线变化规律,获取其三相短路电流表达式。根据变流型电源在故障不同阶段呈现的短路电流输出特性,提出故障暂态和稳态阶段的等值电路。应用叠加定理分别计算含变流型电源电网短路电流交流分量和直流分量,并对冲击电流进行评估,其结果可用于电网规划及设备选型;最后用6节点的500 kV淮南电网和35节点的220 kV淮宿电网实际算例,将所述方法、常规电压源等值法的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比,验证了所述方法的有效性。     

直流牵引供电系统短路计算模型分析

分析了现阶段地铁直流系统短路计算存在的问题,对地铁直流供电系统短路计算模型进行了分析与改进,建立了一套符合保护整定和校验要求的故障计算模型。分析了地铁直流系统稳态短路计算误差产生的原因,从机组等效和拐点电流两方面给出了减小误差的方法,并给出了优化后的程序计算流程。介绍了直流侧出口和远端短路暂态电流的计算模型,在此基础上提出了一种通过超调量来区分出口、近端、远端短路故障的方法,以及近端短路暂态电流的计算方法。仿真验证表明,上述计算模型和方法在计算误差和完整性方面满足保护整定与校验要求。     

饱和铁心型高温超导故障限流器仿真建模及短路特征研究

在建立饱和铁心型高温超导故障限流器(saturated iron-core type high temperature superconductive fault current limiters,SR-SFCL)电磁暂态仿真计算模型基础上,对电网发生短路故障后SR-SFCL一次绕组与励磁绕组的电流、电压过渡过程进行了定量计算,深入研究了一次绕组与励磁绕组电流、电压的特征和相互关系,分析了限流器对短路电流交流分量初始值、冲击电流和稳态短路电流的限制效果。研究指出:SR-SFCL对稳态短路电流具有很好的限制作用,充分发挥限流效果的关键是缩短励磁回路的灭磁时间,灭磁时间与一次电流、灭磁电阻取值等因素关系密切。     

交流侧单相短路时直流系统提供短路电流的特性分析

随着直流输电系统的迅速发展,能否忽略直流系统对短路电流的贡献成为一个亟待研究的问题。文章基于实际直流工程的详细电磁暂态模型,对交流侧发生单相短路故障时直流系统提供短路电流的特性进行研究。通过分析故障后直流输电系统的暂态特性,提出针对短路电流计算关键值,提取并分析直流系统提供短路电流的对应分量;通过对大量仿真结果的统计分析,明确了直流系统提供短路电流的特性及其对短路电流计算的影响,得出结论:直流系统提供的短路电流会使短路电流计算中的工频短路电流初始值、对称开断短路电流的幅值减小,而短路电流峰值增大,且工程应用中短路电流计算可以不考虑直流系统。通过基于实际电网的短路电流对比计算,验证了以上结论。     

低压直流系统短路故障特性研究

低压直流系统母线短路故障会对系统的安全性和可靠性造成严重威胁,为计算其最大预期短路电流,首先从电力电子层面深入分析了几种典型拓扑的短路故障电流特性,将短路过程分为2个阶段:电容放电阶段和电源-电感放电阶段,并推导了不同阶段的短路电流表达式。电源-电感放电阶段的电流称为短路稳态电流,其特性与变换器拓扑有关,根据变换器拓扑对短路稳态电流的控制能力,将变换器拓扑分为可控型和不可控型。分析了低压直流系统中不同的电源特性对不可控型拓扑短路电流的影响,并推算低压直流系统的最大预期短路电流。最后搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,对理论分析进行了验证。     

地铁供电系统直流侧矩路暂态过程分析

24脉波整流系统因具有很强的削弱网侧谐波电流的功能,已广泛应用到城市轨道交通电网建设中.精确计算出该牵引整流系统的直流侧短路电流对设计短路时保护器件和相关电力设备是非常重要的.牵引整流系统直流侧短路可分为粘流所直流侧近端短路和牵引网远端短路.通过分析分别建立了近端短路暂态和稳态计算模型以及远端短路暂态计算模型,并通过Matlab对该模型进行了仿真,其结果表明了该模型的正确性.     

基于PSCAD/EMTDC的短路电流计算标准分析

为了使电网的短路电流计算和开关开断能力校核能有一个科学合理的依据,降低对开关设备的遮断能力要求,在分析IEC 909标准、ANSI标准及暂态稳定计算短路电流方法的基础上,提出了以暂态电抗Xd′作为电机参数进行短路电流工程计算方法,并以PSCAD/EMTDC搭建IEEE 9的动态仿真模型,以动态仿真结果为基准,给出了2个标准的精确度,把提出的短路电流计算方法与根据IEC 909标准、ANSI标准及机电暂态仿真计算的结果进行了比较分析,结果显示基于暂态电抗Xd′短路电流计算方法具有较好的精确性,且可以明显降低电网短路电流评估计算值。     

双极短路故障下海上风电MMC-HVDC并网系统的暂态运行特性

双极短路故障作为最严重的直流系统故障,研究该场景下海上风电模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter-high voltage direct current,MMC-HVDC)并网系统的暂态运行特性对于系统的断路器配置与控制方案设计有着重要意义.首先分析了直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)未动作时换流站短路电流的产生机理,并提出了风电场侧与电网侧交、直流短路电流的计算方法.其次,研究了计及DCCB控制作用下换流站交、直流侧暂态电压、电流特性,并考虑了风电场运行工况和限流电抗参数对其暂态特性的影响.最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了全系统的电磁暂态模型,通过仿真分析了双极短路故障下有无DCCB控制时换流站的暂态电压、电流特性.研究表明:所提短路电流计算方法具有良好的精度,且DCCB动作后风电场侧交、直流电压恢复速率与其输出有功功率呈正相关关系.该研究工作可为系统的电气设计、断路器选型提供理论依据,也可为系统故障恢复阶段控制方案的制定奠定基础.     

柔性直流贡献短路电流影响因素及工程算法误差分析

目前,柔性直流输电技术已在国内外具有日趋广泛的工程应用,但对于近区交流故障时,柔性直流贡献短路电流的关键影响因素及计算方法的研究尚不深入.针对这一问题,本文通过电磁暂态仿真,研究了交流侧短路时柔性直流贡献短路电流的暂态特性及短路电流各分量间的矢量关系,分析了柔性直流容量、限流方式、控制方式/定值等因素对短路电流幅值、相位的影响过程和机理.最后以国内某柔性直流系统为例,对比分析了几种工程常用短路电流算法在柔性直流不同运行、控制方式下的计算结果及误差来源,得出正确处理短路电流各分量间的相角差异是提高计算精度的关键.     

电流峰值系数的计算和应用

在低压电网中为了保障人身安全和设备的可靠运行,要求电气设备具有足够的电动稳定性,而对某些开关电器还要求有足够的极限通断能力或极限保安电流。这主要是考虑在电网发生短路故障后,电路中将通过远大于正常运行电流的短路电流。在分析短路过程时既要计算稳态电流,还应计算暂态过     

模块化多电平换流器直流双极短路特性分析

模块化多电平换流器(MMC)的直流双极短路故障特性分析是MMC故障管理、系统电气设计以及含MMC电网规划的重要研究内容之一。文中对MMC的双极短路故障特性进行了研究。首先,分析了双极短路故障脉宽调制(PWM)闭锁前后的暂态过程,定义了导通重叠角。然后,结合导通重叠角的大小分析了4种稳态短路电流通路及7种不同情况,定性分析了交流侧和直流侧稳态电流的特性,以及电抗分布系数和短路等效电阻对稳态短路电流的影响,并推导了交流侧和直流侧稳态短路电流的实用工程计算方法。最后,采用算例与仿真验证的方式验证了分析方法的有效性。     

保护用电子式电流互感器暂态特性试验关键技术及装置研制

电流互感器的暂态特性是影响继保装置、关系到系统安全稳定的关键因素,其暂态特性及试验方法的研究对电网的保护控制和安全稳定运行具有重要的意义。为此对电力系统一次短路电流进行了理论分析,将其周期分量和非周期分量进行分解,并建立了理论数学模型。对现有试验技术存在的问题进行分析,提出基于不同时间尺度的模块化组合式试验技术,完成保护用电流互感器暂态试验电源的研制,并提供保护用电流互感器暂态特性试验的整体解决方案。试验结果表明:提出的保护用电流互感器暂态特性试验方法及检测系统,大幅度减小试验电源容量,实现全工况和宽范围一次时间常数的故障大电流模拟输出,其性能指标满足保护用电流互感器的暂态特性试验要求。     

阻抗匹配平衡变压器的暂态仿真研究

建立了阻抗匹配平衡变压器的暂态仿真模型,比较了暂态模型和等值电路在计算稳态短路电流中的效果.     

基于二次电流差分和积分的CT饱和检测方法

电流差动保护中存在着电流互感器(CT)饱和问题,通过对CT二次电流暂态特性的研究,利用二次电流浮动门槛值来近似系统故障后的最大短路电流,解决了三阶差分检测CT饱和的门槛值问题。通过故障启动后二次电流的积分值来构造虚拟的饱和二次磁链值。综合利用改进的三阶差分和二次电流积分法来确定CT所处的工作状态。CT处于线性传遍区开放差动保护,在CT饱和时瞬时闭锁保护。通过理论分析和PSCAD/EMTDC仿真验证该方法不受剩磁的影响;在CT处于严重稳态饱和和暂态饱和时,该方法依然能够正确检测出CT是否处于饱和状态。     

变电站内短路电流暂态过程及其影响因素

变电站内发生短路接地故障时,短路电流进入地网后会引发一系列的安全问题。由于电力系统内储能元件的作用,短路电流在故障初期存在暂态峰值较高的暂态振荡过程,会对站内人身和设备的安全带来更大的威胁。为此,对某变电站内的人工单相短路接地故障的短路电流进行了现场实测,并与模拟计算结果进行了对比。实测和计算均表明,短路电流初期存在暂态过程,暂态峰值较高且会持续一段时间。模拟计算可以用来分析变电站短路电流的暂态特性,为工程实际提供参考。基于该计算方法,分析了短路电流暂态过程的主要影响因素及其规律。研究结果表明,当短路相角接近90°或者270°、变电站接地电阻较小以及出线数量较少时,短路电流的暂态过程较为剧烈,衰减系数较大。     

基于负荷实际暂态特性的配电网负荷模型的研究

针对现场实际负荷成分的时变性、随机性、复杂性、多样性和非线性的特点,在考虑实际负荷暂态特性的基础上,提出一种基于神经网络的配电网受控电流源负荷模型的方法。该方法根据负荷群在稳态运行条件下的电压和电流暂态特性,通过神经网络学习负荷群的电压电流特性,用受控电流源代替实际的负荷群,受控电流源的电流大小受神经网络控制,并利用Matlab/Simlink对所提出的负荷模型建立方法进行仿真验证。仿真结果表明所建立的负荷模型在单相短路、两相短路和三相短路条件下均具有良好的稳定性和准确性。