组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护策略

直流串联电弧是引发光伏系统火灾事故的主要原因之一。针对直流电弧状态和故障问题,提出一种基于逆变器实现的组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护方法。依据电弧故障的高频特性,以组串输入端滤波电容支路电流为量测获取串联电弧故障信号,基于样本熵和标准差建立串联电弧检测算法并构建2级保护判据及重投方案,保证故障处理的可靠性和灵敏性,并满足逆变器对高频信号低采样率的制约。根据光伏并网逆变器的工作原理和结构组成,提出实现电弧保护的逆变器硬件改造方案。搭建光伏系统电弧故障实验平台并开展实验研究。提出的方法能够实现可靠的检测与保护,在多种情况下验证了所提方法的有效性。     

基于电流频谱积分差值的光伏系统电弧故障检测和定位

光伏系统中的直流电弧故障由于具有负阻性而难以检测,严重危害系统的安全运行。该文提出利用并联电容电流的频谱积分差值检测光伏系统中直流电弧故障的方法,搭建了离网光伏实验平台,在光伏系统中各支路并联电容,利用霍尔电流传感器检测电容电流。同时研究了系统中不同位置发生串联或并联电弧故障时,电容电流的幅值、脉冲极性和频谱特性,并与对地短路故障和开关操作时的电容电流特性进行对比。对故障发生前后0.5 ms时间内的电流频谱进行积分,并计算频谱积分差值。研究结果表明:发生对地短路故障以及开关操作时,电容电流幅值远大于发生电弧故障时的幅值;电弧故障的频谱积分差值在1.1×104～2.5×104A·Hz范围内,能够作为直流电弧故障检测判据;电容电流首个脉冲的极性反映故障与电容并联支路的相对位置,可实现电弧故障定位。     

光伏系统故障电弧检测技术综述

为推进光伏系统直流端故障电弧检测技术的发展,概述了光伏系统直流端故障电弧产生的原因及分类,对当前光伏系统故障电弧检测的研究内容、成果及发展方向进行了调研,并分析与其他领域内直流故障电弧特性的差异,着重讨论了基于电流、电压波形和基于频率特性的检测原理和检测方法,最后对光伏系统故障电弧检测技术进行了展望。     

光伏系统中隔离开关的临界负载电流解析

介绍了光伏系统中隔离开关临界负载电流试验的原理和方法,搭建了试验回路来确定临界负载电流试验值,并对光伏用隔离开关临界负载电流试验波形数据进行具体解析,采用图表方式,分析比较了具有临界负载电流和没有临界负载电流的隔离开关波形的燃弧数据、试验电流等参数。阐述了光伏系统中其他保护元器件,断路器及熔断器的按标准试验的方法和应用。     

建筑直流供用电系统故障电弧检测技术研究综述

直流供用电系统集成光伏、储能、直流配电、柔性用电为一体,是目前建筑和电力行业的研究热点.直流电不过零点,直流电弧一旦产生将很难自行熄灭,产生火灾风险大,需要对直流故障电弧做有效识别及可靠保护.通过综述光伏、电储能、电动汽车、飞机、船舶、特/超高压等直流场景下故障电弧的研究现状,总结了典型场景下故障电弧检测方法并分析了建筑直流供用电系统的适用性.结合格力光伏未来屋直流社区真实场景,搭建故障电弧测试平台实测,提出构建单一用电电器的仿真模型及内置故障电弧检测专用算法,指出了建筑直流供用电系统电弧检测的技术研究方向,可为建筑直流供用电系统的故障电弧试验规范制定及检测技术研究提供支撑.     

光伏系统直流侧故障电弧类型辨识及电路保护

光伏阵列中故障电弧类型分为串联型和并联型,针对不同类型的故障电弧需要采用不同的电路保护策略,研究光伏系统故障电弧特性、检测方法及故障电弧类型辨识方案对保证光伏系统运行的可靠性具有重要意义。为了能准确检测电弧信号,首先采集光伏系统直流母线电流信号,随后通过标准差提取信号时域特征、小波包分析提取信号频域特征,构建特征平面,根据信号在特征平面内的位置进行故障电弧检测;提出后断前检法(断开光伏系统直流母线,在断点前采集光伏阵列电压信号进行故障电弧再检测)进行串并联故障电弧区分。理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性和正确性。     

高压直流输电极隔离方法的优化及相关问题分析

直流输电中单纯的优先分断直流高压极母线线路端隔离开关,或者优先分断中性母线开关方法,均不能适应所有的电网故障情况,甚至可能造成无谓的双极停运。针对这个问题,提出了如下的优化的极隔离方法：对需要快速分断中性母线开关隔离故障区域的故障,应用优先快速分断中性母线开关方法;对其他类型故障,则优先分断高压极母线线路端隔离开关。此外,分析了极隔离优先分断中性母线开关可能带来的问题：一是中性母线开关失灵,对此讨论了中性母线开关保护动作后的三种处理策略;二是中性母线电压过高,分析显示,59EL保护原理及其动作处理策略的设计可以避免双极停运。     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义.文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型.通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其...     

抑制漏电流的非隔离电流型光伏并网逆变器

针对非隔离光伏发电并网系统的漏电流问题,提出了一种直流母线开关对称的非隔离电流型光伏并网逆变器.给出了逆变器主电路拓扑结构和开关组态,通过建立光伏电池寄生电容的共模等效电路模型,分析了漏电流的产生和抑制机理.根据开关组态和抑制机理,设计了相应的单极性双载波调制策略和准PR控制策略.仿真和实验结果表明,所提变流器具有良好...     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究北大核心CSCD

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义。文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型。通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其时频特征进行对比,得到了不同模型在故障电弧时频特性仿真方面的优缺点。单一使用电弧噪声模型和U-I模型无法完整地描述故障电弧特性,将二者适当组合得到的复合模型仿真效果良好,最终对复合模型和黑盒模型在光伏系统故障电弧仿真的范围进行了讨论。提出的复合电弧模型为光伏系统故障电弧特征的研究及诊断方法的性能验证提供了有效的仿真手段。     

Identification technique of DC series arc‐fault strings in photovoltaic systems

The DC series arc‐faults lead a risk due to an aging of photovoltaic system components enhanced by environmental factors and high DC voltages in already existing photovoltaic systems. Until recently, many research activities have focused on the detection of DC series arc‐faults by current signature analysis. However, DC arc detector has two problems. First, it is difficult to distinguish arc noise and switching noise of power conditioner by circuit current in photovoltaic system. Secondly, when a DC series arc fault occurs in the photovoltaic system, DC series arc‐fault string cannot be specified because the arc noise is propagated in the circuit. In this article, we propose two novel techniques for the DC series arc‐fault detection and identification of faulty strings. Experiments were performed by generating DC series arc in the field. The proposed technique is investigated based on the experimental results in the terms of effectiveness and applicability.     

新型Boost ZVT-PWM变换器在光伏系统中的应用

典型的Boost ZVT-PWM电路的主开关管实现了软开关,但辅助管仍工作在硬关断。提出了一种新型Boost ZVT-PWM电路,分析了电路的基本原理,研究了其在不同占空比、开关频率和负载条件下的传输效率,并根据光伏电池的特性将该电路应用于光伏发电的最大功率追踪系统。实验结果证明新型Boost ZVT-PWM电路的主开关管和辅助开关管均实现了软开关,提高了电路的传输效率并体现了其在光伏系统应用中的优势。     

一种新型光伏储能逆变器系统

针对家庭使用的光伏储能系统,提出了一种新型光伏储能逆变器系统结构。系统由两个DC/AC变换器背靠背组成,利用直流母线电容使得电网侧与负荷侧解耦。系统具有好的并、离网直接纯无缝切换特性。最后进行了仿真验证,仿真结果证明了系统的稳定性和可靠性。     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。     

考虑直流控制系统影响的HVDC输电线路后备保护研究

在考虑直流控制系统影响的情况下,详细分析了HVDC输电线路区内、区外的故障特征以及直流控制系统的动作特性和控制状态。引入并分析了基于开关函数的交直流系统二次谐波计算等值模型。通过分析故障期间换流器触发角和直流侧二次谐波量的变化特征,提出了一种新的以换流器触发角为保护动作量,利用二次谐波分量闭锁的直流线路后备保护方案,给出了保护整定的理论计算方法。与直流线路纵联差动保护相比,该保护不因直流电流波动影响而被闭锁,保护动作时间较快;与微分欠压保护相比,具有更高的抗过渡电阻能力。通过PSCAD/EMTDC大量仿真计算,验证了该保护能可靠区分直流线路区内、区外故障,与直流线路纵联差动保护和微分欠压保护相比具有明显的优越性。     

3/2接线互感器优化布置的继电保护改进新方法

针对超高压系统3/2断路器接线方式的结构特点及存在问题,提出基于串断路器保护的继电保护改进新方案。该方案利用断路器两侧电流信息构成小差保护,单串内所有断路器小差保护组成串断路器保护。利用单串的串断路器保护与所对应线路保护相配合,站内所有串断路器保护与母线保护相配合,实现了对串内故障的准确定位,可有效缩小原有保护配置下部分区域切除故障时的停电范围,增强了继电保护的选择性,且该方案改造实施简便,具有较强的工程实用性。     

混合式高压直流断路器控制保护系统

直流断路器作为柔性直流电网的关键设备,用于故障快速隔离和恢复,大大提高了直流电网的安全性和可靠性。文中基于混合式高压直流断路器,详细研究了其控制保护架构和控制保护策略。首先设计了"冗余双重化"控制系统架构和"三取二"保护系统架构,具有架构层级清晰和功能分配明确等特点;然后给出了混合式直流断路器的分闸和合闸控制策略,并详细设计了本体过流保护策略、本体设备保护策略和辅助设备保护策略;最后研制了一套500 kV/25 kA混合式高压直流断路器的控制保护系统,并通过实时数字仿真系统(RTDS)进行仿真研究,结果验证了控制保护系统及其策略的正确性和有效性。     

按串集成的分布式快速断路器失灵及死区保护系统

针对超高压交直流混联系统中交流系统断路器失灵及死区故障时间较长,导致直流连续多次换相失败的问题,分析了现有3/2接线交流系统断路器失灵及死区故障隔离时间的组成及其可优化环节,研究了断路器失灵及死区保护优化技术,提出了一种按串集成的分布式快速断路器失灵及死区保护系统。通过优化断路器失灵及死区保护逻辑,同时简化回路、缩短远方跳闸命令的传输时间并改进远方跳闸保护的逻辑,合理缩减了多环节的冗余延时,将断路器失灵及死区故障的隔离时间缩短至200 ms以内。仿真和试验结果表明了理论分析的正确性以及优化策略的有效性。     

直流输电共用接地极线方式的保护特性

分析了传统接地极保护用于共接地极线模式时存在的不合理性。利用电路原理对共接地极线模式下各类故障时的电气参数进行计算得出:当接地故障发生在共接地极线处时,故障点离接地极点越近,各系统的保护装置测得的不平衡电流越小;当接地故障发生在各自独立接地极线上时,故障点离直流开关站越近,故障侧的保护装置测得的不平衡电流越大,与正常运行侧的保护装置测得的不平衡电流情况相反。由此得出:断线故障时的不平衡电流为固定值;单线故障对过电压保护影响不大;双极运行系统不平衡电流对保护的影响与其流入方向和大小有关。最后,针对故障电流特性,建议对不平衡电流保护进行故障定位及反时限功能的改进。     

江西电网光伏电源规模化接入的对策探讨

介绍了国内外太阳能光伏发电的研究与应用现状,结合太阳能光伏发电的原理与主电路结构,详细分析了光伏并网中可能出现的电压偏差、电压波动、谐波与直流偏磁、不平衡和故障状态及保护配置等方面的问题。阐述了江西省太阳能资源的分布和近期的规划建设情况,以拟建设的新余10MW光伏并网电站为例,初步探讨了其并网可能产生的影响。针对江西电网光伏电源可能出现的规模化接入问题,从技术研究和管理手段两方面提出了相应建议。