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。     

10 kV交直流配网弧光过电压特性分析

小电阻接地是提高交直流配电网保护灵敏性、降低过电压水平的有效手段。弧光接地过电压威胁设备绝缘,因而分析该问题对交直流配网安全运行具有重要价值。通过搭建交直流混合配网,在10 kV交流侧模拟发生配电网弧光过电压场景,研究了交直流电网过电压水平和故障穿越特性。首先基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了柔性直流配网仿真模型,构建了弧光接地过电压数学模型;然后,仿真交直流混合配网系统发生故障后非故障相过电压故障响应曲线,分析了交流侧发生单相接地故障时,零序、负序分量造成的弧光过电压穿越特性;最后,通过对比分析不同接地电阻条件下交直流电网过电压数据获得了其变化规律,结果表明接地电阻为6Ω时对过电压的抑制效果最佳。     

配电网单相接地电弧建模及仿真分析研究

为选择有效的配电网接地消弧措施及选线方法,有必要进行电弧建模及仿真研究。给出Cassie、Mayr、Schwarz、控制论等四种电弧模型的数学方程,其中Mayr、Schwarz、控制论等三种电弧模型适合描述接地电流较小的电弧的故障特征。建立Schwarz和控制论电弧仿真模型,并利用电弧特性测试电路对这两种模型做仿真对比分析。控制论模型因能直接设置弧长,直观地反映配电线路故障拉弧情况,更适用于谐振接地系统单相弧光接地故障仿真研究。采用ATP-EMTP软件建立谐振接地系统模型和控制论电弧模型,分析了不同电弧长度对电弧阻抗、接地电弧稳态和暂态特性的影响。仿真结果表明,利用控制论电弧模型可较直观且准确地仿真谐振接地系统弧光接地故障。     

基于组合Mayr和Cassie电弧模型的弧光接地故障仿真及分析

弧光接地故障在配电网中发生的概率较大,其动态特性对于检测电弧故障起着十分重要的作用。Mayr、Cassie模型是研究电弧接地故障两种经典模型,适用于描述电弧不同的物理特性。文中以电弧电流为变量建立过渡函数,构造了一种Mayr-Cassie组合模型,该模型综合考虑了电弧对流散热和径向传导散热。在PSCAD/EMTP平台上搭建了单相电弧接地故障模型,分析了电弧电压、电流、电阻的动态特征,并进一步将该模型用于10 kV配电网故障分析中,结果表明该模型可准确反映电弧特性。     

中性点经高阻接地电网故障电弧建模与弧光接地分析

中压配电网绝大多数故障为电弧接地故障,针对Cassie与Mayr这两个经典电弧模型在单独使用时只能考虑到对流散热或传导散热,具有片面性,而二者结合使用却恰好可互补,故而在ATP-EMTP平台下将这两种模型进行搭配并合理设置。通过仿真,分析研究了中性点经高阻接地配电网单相电弧故障时的特性,并将电弧模型用于间隙性电弧接地故障仿真,符合实际情形,证明了电弧模型可有效地反映弧光接地过电压,及小电流接地系统中中性点电阻对降低电网弧光过电压的作用。     

基于谐波能量和波形畸变的配电网弧光接地故障辨识

配电网弧光接地故障会产生严重的弧光过电压并释放大量热能,从而造成设备损坏,引发火灾并危害人员生命安全。针对传统电弧模型无法正确描述电弧不稳定燃烧过程中的间歇性燃熄弧和随机波动等问题,提出了基于随机控制变量的改进Mayr电弧模型;通过对故障特征的分析,提出归一化谐波能量描述方法,实现了包括高阻故障在内的不同接地故障情况下谐波含量的一致性描述和整定,并根据归一化谐波能量在时间尺度上的随机分布特性以及故障波形畸变特征,实现对弧光接地故障的准确辨识。最后,结合配电网新型智能测量终端的发展应用,提出基于三相电压和零序电流录波数据的弧光接地故障综合辨识算法,并通过PSCAD仿真算例和某10 kV配电网的实测故障试验数据对算法的可靠性和安全性进行验证。     

配电网间歇性重燃电弧模型的建立与断续弧光接地故障特征分析研究

电弧间歇性重燃是配电网单相接地故障最显著的特征。现有的电弧模型甚少考虑电弧间歇性重燃特性,导致无法精确描述断续弧光接地特征,进而影响继电保护动作。为此,论文提出一种间歇性重燃电弧模型的建立方法,并在此基础上对断续弧光接地故障特征进行了分析。弧道阻抗的随机变化是电弧间歇性重燃的重要标志,故论文重点围绕弧道阻抗变化的随机性和重燃时间间隔的随机性开展间歇性重燃电弧模型的研究。黑盒电弧模型中,Cassie-Mayr联合模型能完整的描述电弧电流从大电流到小电流的变化过程,但存在从大电流变化为小电流的判据模糊,转换过程突变的问题。为此,论文通过引入连续过渡函数解决上述问题。同时,为描述弧道电阻的变化特性,利用Fermi函数对联合模型中Mayr模型和Cassie模型进行权重分配。以改进的Cassie-Mayr单次燃弧模型为基础,根据工频熄弧理论,通过设置燃弧时间长短表征间歇性重燃的随机性,从而建立了间歇性重燃电弧模型。利用该模型,对典型10kV配电网单辐射型网架结构的接地故障进行模拟仿真,采用快速傅里叶变换(fastFouriertransform,FFT)和小波包分析提取了不同条件下故障电压、电流...     

中性点不接地配电网电弧接地故障建模与分析

电弧接地故障是中性点不接地中压配电网最常见的故障类型之一,有必要合理建模并分析其非线性特征。传统方法多依赖于电弧黑盒模型的仿真分析,电弧非线性对故障暂稳态特征的影响难以定量计算。针对该问题,遵循突出电弧中、低频主要特征以简化电弧模型的思路,提出适用于故障暂稳态过程分析的复奇频电压源串联电弧等效模型,结合不接地系统故障复合网络,定量给出不同过渡电阻下电弧接地的暂态电流解析表达式,并分析故障稳态电流的谐波特征。通过仿真计算与现场试验数据验证所提算法的有效性,为后续中性点不同接地方式下电弧接地故障保护的研究提供了理论依据。     

高压线路单相弧光接地对数仿真模型数据修正算法

受污闪、山火等因素影响,中性点接地高压输电线路易发生单相弧光高阻接地故障,但总体来讲现场获取的故障数据仍然严重不足,制约了弧光接地故障检测及保护技术的研究。人工弧光高阻接地故障实验成本较高,也难以普及应用。针对该问题,文中基于可直接表征电弧燃弧V-I特征的对数电弧模型,详细分析了该模型仿真数据和录波数据的差异性,针对该模型所表征出的电弧V-I特征未能反映实测录波数据中V-I相角差的问题,提出了一种对该模型仿真数据进行修正的数据处理算法,修正后的数据波形具有和真实录波V-I曲线更为接近的外特征,为后续弧光高阻接地故障的研究提供了数据支撑。     

基于ADPSS的配电网弧光接地故障仿真建模

间歇性弧光接地会使故障相与非故障相之间产生多次能量重新分配过程,诱发非故障相过电压,对中低压配电网绝缘造成很大危害,加强对电力系统过电压水平在线监测与分析并采取适当主动性保护措施十分必要。本文研究了中性点不接地系统中低压配电网单相弧光接地故障发生的机制及因此产生的严重后果,搭建了经典单相接地电弧模型并对其进行仿真验证。在此基础上,选用较合适的单相弧光接地模型,首次利用大型电力系统仿真装置ADPSS对弧光接地故障产生过程进行进一步的仿真验证。仿真结果表明,本文基于ADPSS仿真平台建立的中性点不接地系统弧光接地故障模型是正确的,具有较高的工程化应用价值。     

基于非线性模式分解的配电网高阻接地选线方法

由于故障电流微弱、故障发生时刻不确定及受线路参数和随机因素影响等原因,一直缺乏可靠的高阻接地故障选线方法。通过建立弧光高阻接地故障的等效电路,分析暂态过程中故障线路和健全线路零序电流的区别以及与母线零序电压之间的关系。然后考虑传统电弧模型难以代入等效电路进行计算的问题,提出一种适应弧光高阻接地故障解析的电弧模型及其分段线性等效方法,有效还原了高阻接地故障伴随电弧的非线性特征。经非线性模态分解（NMD）有效提取出故障零序电流。     

小电阻接地系统间歇性弧光过电压分析

利用PSCAD/EMTDC软件建立了中性点经小电阻接地系统的仿真平台,使用接地电弧模型模拟间歇性电弧接地故障,并结合工频熄弧理论分析弧光过电压的产生情况。首先分析中性点不接地系统发生间歇性电弧接地故障时弧光过电压的情况,通过仿真证实这种接地方式容易发生弧光过电压;然后分析在中性点经小电阻接地系统中两种间歇性电弧接地故障引起过电压的情况。最后得出结论:中性点经小电阻接地方式可以较好地抑制间歇性弧光接地过电压的产生。     

Analysis of Intermittent Arc Overvoitages in Low Resistance Grounded Systems

利用PSCAD/EMTDC软件建立了中性点经小电阻接地系统的仿真平台,使用接地电弧模型模拟间歇性电弧接地故障,并结合工频熄弧理论分析弧光过电压的产生情况.首先分析中性点不接地系统发生间歇性电弧接地故障时弧光过电压的情况,通过仿真证实这种接地方式容易发生弧光过电压;然后分析在中性点经小电阻接地系统中两种间歇性电弧接地故障引起过电压的情况.最后得出结论:中性点经小电阻接地方式可以较好地抑制间歇性弧光接地过电压的产生.     

燃弧间隔对10 kV电缆线路的影响

弧光接地过电压严重危害10 kV输电线路,理论上弧光接地过电压幅值是额定值的3～3.5倍,实际中由于燃弧时间间隔和燃弧时间等因素过电压的幅值低于理论值,为了更好地分析电弧重燃与熄灭的过程,建立与实际情况更为吻合的电弧模型,对燃弧时间间隔对过电压和故障点电流的影响进行分析。通过建立准确的电弧模型分析电弧重燃的时机与过电压水平的关系,分析电弧的燃弧特性为预防弧光接地过电压提供理论依据。研究建立了Mary电弧模型,通过分析两次电弧燃弧时间间隔对弧光接地过电压和故障点电流的影响,发现两次燃弧时间间隔越长电弧产生的整体过电压水平越低,电弧重燃后的电流也会随着间隔的增加幅值不断降低。     

配电线路弧光高阻故障检测技术综述

无论是中性点有效接地或非有效接地配网,配电线路发生弧光高阻接地故障时,故障电气量均相对微弱,传统的故障检测方法往往失效。因此,该文针对不同中性点接地方式,统一建模配电线路弧光高阻接地故障模型,并等效分析在故障点虚拟电源激励下产生的零状态响应特征。基于此,分别从稳态频域分析、暂态时域分析、行波分析、人工智能等多角度对两种中性点接地方式下配电线路弧光高阻接地故障检测方法进行技术梳理和总结,并从谐波波动、选线启动判据、波头识别、弧光畸变等几个方面提出后续的研究思路。     

配电网弧光接地故障建模仿真与实验研究综述

弧光接地故障是配电网中最常见的故障,不易被发现且危害巨大,产生机理复杂,特征具有随机性.针对上述问题,从配电网弧光接地故障产生的原因和危害、弧光接地故障数学模型、弧光接地故障抑制和保护策略、弧光接地故障识别和定位技术、以及弧光接地故障的物理模拟实验与仿真测试等方面进行了阐述,对国内外的研究现状进行了总结和分析.并对配电...     

谐振接地配电网电弧接地故障暂态分析方法与辨识

谐振接地中压配电网常发生电弧接地故障,传统的故障暂态分析方法多将电弧电阻简化为线性过渡电阻后代入故障暂态等值电路求解,电弧非线性特征难以体现.针对该问题,适当简化电弧黑盒模型,提出一种适用于谐振接地配电网电弧接地故障的暂态分析方法,定量计算不同过渡电阻下电弧接地故障暂态电流的解析表达式,并根据电弧电压的奇频次谐波衰减特...     

小电流接地故障电弧建模分析

在小电流接地系统中单相电弧接地故障普遍存在,建立准确的电弧模型是研究故障特征的基础.本文在经典"控制论"电弧模型的基础上建立了改进的"控制论"电弧模型,通过控制弧长可以准确地模拟小电流接地故障电弧的发展过程.基于PSCAD平台搭建了典型10 kV配电网仿真模型和接地电弧模型,分析了不同电弧模型参数对电弧特性的影响.仿真与实测结果基本一致,表明该电弧模型能够有效反映接地电弧特性,通过改变模型参数可以实现不同类型电弧的仿真模拟.     

基于击穿间隙与可变电阻的配电网弧光接地故障建模分析

配电网弧光接地故障易引发森林火灾及人身触电等事故,弧光接地属时变、非线性故障,准确刻画弧光接地故障特征有利于提升配电网接地故障研究与模拟能力。针对传统的故障模型未考虑故障发展全过程,提出了基于击穿间隙与可变电阻的配电网弧光接地故障模型,考虑不同接地介质下弧光电压与电阻的发展过程,建立了击穿间隙与可变电阻解析方程。PSCAD/EMTDC仿真环境下验证表明,该弧光故障模型电流零休特征明显,电压具有显著的非线性畸变特点,反映了故障的发展特性。在10 kV配电网真型试验场进行弧光接地故障现场试验,并将现场试验数据与仿真数据进行对比分析,发现试验数据与模型数据拟合程度高,能真实刻画弧光接地故障特征,为配电网故障消弧、定位、选线奠定了基础,具有较强的实用价值。     

逆变型分布式电源接入影响配电网电弧接地过电压的仿真研究

随着光伏发电以及并网技术的发展,投入配电网的逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)数量与日俱增,而间歇性电弧接地作为配电网最常见的故障之一,其产生的过电压将严重影响配电网、电力电子器件绝缘,破坏电力系统正常运行,故有必要准确建模并分析IIDG接入对配电网电弧接地过电压的影响。采用仿真计算的方法,在Matlab/Simulink平台构建10 kV小电流接地配电网仿真模型,基于工频熄弧理论,分别分析IIDG接入容量、数量、接入位置以及故障发生位置对主网电弧接地过电压的影响,并对比了IIDG与同容量负荷对主网弧光接地过电压影响的差异。仿真结果表明,IIDG接入点越靠近出线末端,其下游发生故障时的过电压值越大;而负荷接入点越靠近出线末端,其下游发生故障时的过电压值越小。