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。     

低压双极性直流微网故障自恢复的模糊控制方法

为了提高低压双极性直流微网故障检测和诊断能力,研究了低压双极性直流微网故障自恢复控制方法。首先提取低压双极性直流微网故障特征,分析低压双极性直流微网的输出稳定性特征,估计直流微网故障自恢复参数。再对低压双极性直流微网故障控制参数优化求解,根据参数求解结果,进行故障自恢复控制的状态寻优。通过直流多馈入误差补偿方法进行低压双极性直流微网故障自恢复的模糊控制,在此基础上进行参数辨识及收敛性控制,以此提高直流微网故障自恢复控制的自适应性和参数估计能力。仿真结果表明,采用该方法进行直流微网故障自恢复控制的输出稳定性较好,计算模糊度较低,故障检测精度较高,最高达到99%,提高了直流微网故障自恢复能力和故障检测能力。     

低压双极环形直流微网的新型故障定位法

当直流微网线路发生故障时,为快速切除故障并恢复供电,减少停电时间,需要快速准确的故障定位。本文以低压双极环形直流微网为研究对象,针对单极接地故障和极间短路故障,提出了一种差分法与伪逆法相结合的新型故障定位方法,可在线确定出不同故障条件下的故障位置,且定位准确性高。根据暂态期间故障回路的KVL矩阵方程,利用差分法和伪逆法,计算故障线路的等效电感,进而计算出故障距离,从而实现故障定位。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法的有效性,对两种故障类型及不同故障距离和故障电阻,故障距离估计误差均小于1.43%,故障电阻相对误差小于0.04%。该方法可针对两种不同的故障类型,不受故障距离和故障电阻的影响,能准确地确定出故障点位置并计算出故障电阻,具有较好的实用性。     

低压直流配网故障在线快速检测和定位方法研究

低压直流配网在负荷侧对保障负荷需求具有重要意义,但是直流配网线路一旦发生故障则对系统构成严重威胁,直流配网故障定位和检测显得尤为重要。本文提出了一种在线快速检测和定位的方法。首先对直流配网分类进行说明,从逆变器种类、电压等级、接地方式和网络拓扑说明了其特点。接着提出了本文的保护机制,抽取不同类型故障特点之后,提出了零阶方根、二阶方根和四阶方根联合故障检测方法,并分析了故障阈值以及故障定位原理,给出判断故障极的方法。最后本文在IEEE13节点系统进行仿真,分析了不同故障阻抗、故障距离以及故障极下本文方法的适用性。     

环形直流微网短路故障分析及保护方法

以环形风电直流微网为研究对象,深入分析直流母线发生双极短路故障时电压源变流器(VSC)的故障特性,并据此提出以电流差动保护为主保护、欠电压保护为后备保护的环形直流微网故障定位与保护方案。该方案通过检测直流线路的输入、输出电流及其差动电流来定位和隔离故障线路,并配备欠电压后备保护以确保故障下直流微网系统的安全运行。基于MATLAB/Simulink对环形直流微网进行仿真研究以验证所提保护策略的可行性。仿真结果表明,在线路发生双极短路故障时,保护系统能够根据线路差动电流值做出快速响应,从而实现了直流微网系统短路故障的定位和隔离。     

直流微网用新型低压直流断路器设计及应用

提出了一种家用智能直流微网的架设结构,介绍了其主要特点。考虑到现实输电线路与负载都包含了少许感性成分,结合参考电压等级设计了一种用于低压配电网的小负荷直流断路器,并通过仿真验证其工作原理。仿真结果表明该断路器可以实现零电流机械开关的常规拉断,还可用作功率路由器的基本模块,为实现能量路由起到了重要作用。     

微网孤岛运行时短路故障检测的仿真研究

利用Matlab/simulink对含分布式电源的微网进行建模与仿真,对微网由孤岛切换至并网运行方式下的运行工况进行仿真实验,仿真结果验证了所构建的微网仿真模型的有效性.在该仿真模型的基础上加入三相故障模块模拟微网孤岛运行时发生短路故障,选取db小波检测短路故障发生后的电压信号,仿真结果表明db小波能够准确地检测短路故障信号的奇异点,为下一步改善微网电能质量提供有力依据.     

配网直流变压器双极短路故障穿越方法

采用传统输入串联输出并联(ISOP)拓扑的配网直流变压器在系统发生双极短路故障时,如果不采取故障限流措施,模块电容会快速放电,故障清除后必须经过缓启充电等复杂时序完成恢复重启,无法实现故障穿越。文中提出一种基于改进型ISOP拓扑,利用故障电流阻断及限流控制实现系统故障穿越的方法。首先,理论分析了基于改进型ISOP拓扑结构的配网直流变压器系统中压侧故障穿越过程的3个阶段及其数学模型。然后,分析了基于故障限流原理的低压侧故障穿越方法及故障穿越时间的设计原则。最后,通过搭建实时数字仿真(RTDS)硬件在环半实物仿真平台进行了验证,仿真结果证明了该双极短路故障穿越方法的可行性和有效性。     

直流系统短路故障的快速识别与短路保护

提出了利用霍尔传感器测量直流系统回路电流、母线电压，以电流、电压综合判据快速识别直流系统短路故障的方法。采用可控直流断路器替代传统的熔断器法，将交流系统三段式微机电流保护原理应用于直流系统的短路保护，设计了辐射式I，Ⅱ，Ⅲ段直流供电回路，同时为防止在切除故障支路时因Ⅱ，Ⅲ段开关同时拒动，而由I段开关切除故障引起的其他供电支路电源消失问题，对Ⅲ段直流供电回路采用了备用开关自投方案，并研制了直流系统三段式微机电流保护装置。分析了该装置的选择性、灵敏性、速动性和可靠性。通过对样机的仿真实验和现场运行，表明了该原理与方法的有效性和实用性。     

换流站直流滤波器短路故障特征分析

介绍了±500kV换流站在双极大地运行方式下直流滤波器不同位置发生短路故障时的故障特征,结合两起现场实例,分析了直流滤波器电容器组桥臂发生接地短路、直流滤波器高压侧电流互感器与高压侧刀闸间引线发生接地短路的暂态波形、保护动作原因等,最后总结了直流滤波器常见短路故障的故障特征和保护动作情况。     

计及光储荷特性的直流微网低压穿越控制策略

针对并网运行的直流微网低电压穿越问题,分析了光储荷直流微网系统构成及运行原理,得出了直流母线电压解析表达式。基于不同电压跌落幅度及变流器最大承载电流限制,提出了一种计及光储荷特性的母线电压分层协调控制策略,依据母线电压波动幅度和微网功率状态,综合调整各单元运行模式来实现系统低电压穿越,提升了系统低电压穿越期间功率平衡及直流母线电压稳定水平。最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真实例,验证了所提低电压穿越控制策略的可行性和对直流母线电压更好的控制效果。     

基于形态小波的低压系统短路故障早期检测

低压配电系统中存在着较强的脉冲噪声及自噪声干扰，影响了短路故障特征的准确提取。为充分利用短路后电流变化率剧增这一重要故障信息以对短路故障进行早期检测，必须设计有效的滤波算法，在保留故障信号特征的前提下最大限度地抑制噪声干扰的影响。该文将数学形态学滤波器作为多尺度小波变换的前置滤波单元，形成一种新型的形态小波算法模型，并应用于低压系统短路故障早期检测中。该模型兼顾了数学形态学滤波器与多尺度小波变换各自的优点，可以较好地提取故障特征、抑制各种噪声，并能够在硬件上实时实现。计算机仿真结果和在以TI TMS320F2812 DSP为核心的硬件系统实验证实了该模型的有效性。     

直流配电系统极间短路故障特性分析

直流配电系统故障后换流阀不闭锁运行有助于提高直流供电的可靠性,限流技术的发展及未来绝缘栅双极型晶体管等电力电子器件过电流能力的增强使得换流阀不闭锁情况下的故障机理研究具有意义。本文针对基于两电平电压源型换流器的双端直流配电系统,假设换流阀中的绝缘栅双极型晶体管具有足够的过电流能力,分析了极间短路故障后换流阀不闭锁条件下的故障机理,对比了定电压控制和定功率控制方式下极间短路的故障特征,并在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真分析,为直流配电系统保护提供了理论依据。     

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。     

非侵入式低压配电网短路事故检测及定位方法

非侵入测量技术是新一代高级量测核心技术,最大的优点是无需侵入用户内部施工和进行复杂通信。将非侵入测量技术应用于短路事故统计和定位,首先,基于短路试验和理论建模,提出了断路器保护动作下低压配电网短路事故的发生判据及其整定流程;接着提出了非侵入架构下短路事故的定位算法,具体包括：配电层次初步定位方法、基于功率跌落的回路初步定位方法及复用分项计量电表的精确定位方法。算法实验期间,非侵入短路事故检测样机共定位4起单相短路事故,有效提高了用户的安全用电水平,同时大幅降低了用电安全监测系统的建设费用。     

无刷直流电动机匝间短路故障检测及识别方法

匝间短路故障是无刷直流电动机(BLDCM)定子绕组发生故障的主要形式之一,具有潜伏性、识别困难以及发展导致更为严重的故障等特点,因此,在早期对匝间短路故障进行检测和识别具有重要的意义。建立了无刷直流电动机定子线圈匝间短路模型,提出了将定子绕组静态电阻测量和基于小波分析的反电动势相结合的故障识别方法,设计了信号检测电路并进行了试验研究。分析结果表明,该方法对无刷直流电动机早期匝间故障的识别是有效的。     

低压直流配电系统的断路器保护探讨分析

介绍了低压直流配电系统的接地型式,分析了交流断路器的直流分断能力要求及小型断路器在直流系统中的应用,用串接断路器的主触点以提高其适用的直流电压值,在不同的接地型式及不同的短路故障类型下使断路器的短路分断能力发生变化,并阐述了断路器的选择要点,强调了接线极性的重要性.     

直流微网混合式直流断路器电流转移特性研究

混合式直流断路器的电流转移特性对其快速开断及控制策略有着重要意义,文中通过分析混合式直流断路器的工作原理,利用Mayr电弧模型、IGBT、RCD缓冲电路和避雷器模型等建立了混合式直流断路器仿真分析模型,分析了不同外电路参数和转移支路参数下的电流转移特性。搭建了直流微网模拟短路试验平台,进行了混合式直流断路器的开断特性试验,重点研究了电压400 V,不同故障电流(低于200 A)及不同参数下的电流转移特性。试验结果验证了仿真分析模型,为后期快速开断的直流微网混合式断路器提供了可参考的依据。     

实用化的微网单相接地短路故障识别

为解决分布式电源微网在并网运行下快速感知公共配电网单相接地短路故障,确保公共连接点PCC处的有效保护,提出了一种故障分量加dq坐标变换的单相接地短路识别方法。利用PCC处的工频三相电压推算故障相故障分量电压,判别是否发生不对称短路故障,对三相故障分量电流进行正序、负序及零序分解,利用故障分量电压的有无决定是否进行零序电流补偿并进行dq变换,构造出故障电压、电流特征量判定单相接地短路故障,根据正、负序故障分量电流相位关系实现故障选相。仿真结果表明,基于故障分量和dq变换的单相接地故障识别方法是有效的和实用的,该方法能准确识别单相接地故障,实现故障选相,从而为微网的运行提供参考依据。