基于Park变换和Teager能量算子的晶闸管逆变器保护新方法

在高压直流输电系统中,晶闸管逆变器直流差动保护误动于区外故障,以晶闸管逆变器作为研究对象,提出了基于Park变换和Teager能量算子的晶闸管逆变器保护新方法。首先,利用Park变换分析逆变器交流侧电流,建立和直流侧电流的平衡关系,提出主判据;其次,采用逆变器交流侧接地故障的零序电流和逆变器交流侧电流的Teager能量算子作为辅助判据;最后,通过PSCAD仿真将该保护和传统直流差动保护进行比较。结果表明：该保护可有效解决传统直流差动保护误动于区外故障的问题,对于直流差动保护不能动作区内的相间短路故障,该保护方法可正确动作。     

基于信号复杂度的高压交流线路暂态保护研究

基于线路故障暂态特征的保护比传统保护响应更快,对故障的判断更加准确,而且不会受到工频振荡等情况的影响。分析了线路故障时产生暂态分量的原因以及发生区内外故障时暂态特征存在差异的原因,介绍了小波变换以及小波奇异熵,用小波奇异熵来表征信号复杂度的变化,基于小波变换分析电流信号,并用小波奇异熵进一步分析信号的复杂度。在MATLAB/Simulink中搭建500kV线路仿真模型,通过仿真发现,线路发生区内故障时信号复杂度明显高于发生区外故障时的信号复杂度,利用区内、外故障时信号复杂度的差异构成了区分区内外故障的判据。     

基于电流相关性的高压直流线路纵联保护新原理

针对传统高压直流输电线路电流差动保护快速性差、耐过渡电阻能力低等问题,提出一种基于电流相关性的纵联保护方案。以直流滤波器阻抗频率特性为基础,对直流输电线路区内、外故障对应的故障附加网络进行理论分析发现:区内故障时,直流线路两端特定频点电流故障分量呈强正相关性;区外故障时,直流线路两端特定频点电流故障分量呈强负相关性。据此,可判别区内、区外故障。大量仿真结果表明,所提出的纵联保护方案原理简单、计算量小,能够快速、可靠识别区内、区外故障,且耐过渡电阻的能力强,不受线路分布电容影响。     

基于暂态电压的多端柔性直流线路保护方案

多端柔性直流线路故障电流具有上升速度快、峰值大的特点。为了限制故障电流,通常会在直流断路器中串联限流电抗器,形成直流线路的天然边界,但这也导致了故障电压暂态过程变化。区内故障时,线路两端保护安装处的暂态电压高频分量的有效值均大于限流电抗器换流站侧的值;区外故障时,故障端的特性与之相反。基于上述故障特征,提出一种基于暂态电压的多端柔性直流系统保护方案,利用单端线路侧的电压微分率实现区、内外故障快速动作,利用线路双端限流电抗器两侧暂态电压比实现区内、外故障的可靠判别。算例仿真结果表明:所提保护方案动作速度快,受过渡电阻影响小,且线路两端无需数据同步。     

基于改进变分模态分解和信息融合的故障选线

小电流接地系统发生单相接地故障时,传统信号分解方法难以准确提取故障特征,而且单一选线判据不能适应所有工况,容易造成误判,导致选线准确率不高.针对上述问题,文中提出一种基于参数寻优的改进变分模态分解和信息融合技术的故障选线方法.利用参数寻优变分模态分解的优良信号分解性能,将暂态零序电流准确分解为衰减直流、工频交流和高频振荡3个分量.通过融合工频分量综合相关系数和所有分量的相对能量系数两种判据,构造可靠性更高的综合选线判据.针对母线故障时,仅凭综合相关系数阈值来区分母线故障和线路故障存在主观性的问题,在综合相关系数基础上提出了工频分量极性比较法的辅助选线方法.该方法结合了三种选线判据,有效改善了单一判据选线准确率不高的问题.采用Simulink搭建10 kV配电网故障选线模型,仿真结果表明该方法不受中性点接地方式、接地电阻、故障初始角、故障位置的影响,具有较高选线准确率.     

基于EMD模态能量分析的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承振动信号具有非平稳性的特点,提出一种提取相同工况条件下正常信号与故障信号各固有模态函数能量比构建特征向量的特征提取方法。由于EMD分解后各模态分量存在模态混叠现象,导致分解结果具有不确定性,因此传统的能量特征提取方法在滚动轴承故障诊断中的故障识别率较低。通过引入相同工况条件下的正常信号,将各模态分量的能量特点转化为相对于正常信号的能量特征。仿真实验表明,本文所提方法能够有效地提取滚动轴承的故障特征,进而实现其故障诊断。     

基于EMD分解的直流牵引供电系统短路故障识别

准确识别牵引供电系统故障电流的信号特征是实现直流牵引供电系统继电保护的基础,直流牵引负荷的电流振荡会使得di/dt-ΔI保护做出错误故障判断从而引起馈线开关误动。根据振荡电流与短路电流模态上的差异,采用经验模态分解(EMD)可获得振荡电流的有限个固有模态函数(IMF)及其余量,以余量斜率作为特征量可正确判断运行状态。仿真结果表明,此方式配合di/dt-ΔI保护即可实现直流牵引供电系统短路故障的准确识别。     

基于MEEMD的配电网故障选线方法研究

针对暂态零序电流特征频段内含有过少的频率分量以及无较高幅值的低频分量而给配电网故障选线带来的困扰,利用改进的集合经验模态分解（MEEMD）方法解决选线准确率低的问题。首先,考虑配电网引入分布式电源后对线路零序电流的影响;然后,利用MEEMD将故障后的零序电流按照频率大小分解成多个频率信号,得到本征模态函数并提取其最高频成分;最后,通过分析最高频率的信号波形得出选线结果。该过程不需要基信号,从而使得到的信号特性更接近原信号。结果表明,该方法可有效提高故障选线的准确率。     

基于小波能量熵的超高压交流线路暂态保护研究

基于故障暂态量分布特征的线路保护不受系统运行方式、工频振荡等影响,对故障的判别更加快速、准确。线路发生区外故障时,高频成分在经过线路边界时发生明显的透反射效应,造成能量上的损耗,故障电流中高频含量低;而区内故障则不存在这个现象,故障电流中高频含量高。基于线路故障时产生的宽带高频暂态电流分量,利用D2小波能量谱实现故障的快速检测,并构造了小波能量熵量化描述高频暂态电流成分的能量分布,实现区内、外故障的判别。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,结果表明:该算法能很好地进行线路故障的快速检测及区内、外故障的判别,受故障类型、故障位置等因素的影响小。     

基于时频谱相似度的高压直流线路行波保护方法

直流输电线路保护系统是支撑直流工程安全稳定运行的保障,中国高压直流线路大多采用信号变化率作为保护判据,在发生高阻接地故障时具有拒动的风险。为此,该文分析直流线路区内与区外故障电流行波的特征,提出一种基于时频谱相似度的高压直流线路行波保护方法。该文所提方法基于直流系统自身固有的结构与参数特征,充分利用故障暂态所产生的电流暂态信号中蕴含的丰富故障信息,在高阻接地故障情况下依然能够准确识别故障区域。     

基于边界电流的柔性直流线路保护新方案

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电线路保护技术越来越受到关注,由于MMC-HVDC与传统高压直流输电有所差别,提出一种基于边界电流的新型柔性直流线路保护方案。通过对MMC-HVDC直流线路在不同位置发生各类故障时线路边界电流波形的变化特征进行分析,当线路发生内部故障时,其暂态过程中线路整流侧出口电流值明显大于逆变侧出口。当线路发生外部故障时,两端电流值则无明显差异。在此基础上,提出基于边界电流波形差异度的MMC-HVDC直流线路保护判据,并在PSCAD/EMTDC中搭建双端MMC-HVDC模型。大量的仿真结果表明,该保护方案能够正确地判别区内故障和区外故障,具有较高的可靠性。     

基于匹配追踪的配电网单相接地故障定位方法

为了进一步解决采用小电流接地系统的配电网单相接地故障定位问题,利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地电流暂态信号,自适应地提取衰减的直流电流分量.结合配电网拓扑结构和提取的衰减直流分量幅值,划分故障路径并进一步定位故障点.仿真结果表明,匹配追踪算法可以快速有效地提取衰减直流分量,准确地实现小电流接地系统单相接地故障的在线区段定位.相比于传统算法,原子稀疏分解理论克服了传统非自适应性算法的局限性,提高了暂态信号成分提取的准确性.     

大规模光伏电站经柔性直流并网系统故障穿越策略

大规模光伏经柔性直流并网系统采用直流架空线路是未来新能源并网的趋势之一。然而,架空线直流短路故障发生概率较大,极易导致光伏电站脱网或换流站电力电子器件损坏。本文首先根据柔性直流输电系统、光伏电站特性,建立了相应的数学模型及仿真系统模型;其次,针对大容量光伏经双极模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的高压直流功率传输系统发生直流架空线路单极短路接地故障工况,分析其故障特性;最后,提出综合考虑直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB),换流站控制方式,光伏电站功率出力控制的直流故障穿越的协调控制策略。即故障发生时利用非故障极换流站继续进行功率传输,根据换流站额定功率与光伏电站输出功率计算得到不平衡功率,充分利用光伏阵列自身功率输出特性,优化光伏电站内的直流线路电压,实现控制光伏电站输出功率减载;对直流架空线路在瞬时故障情况下的故障穿越问题,提出了光伏电站减载以及换流站功率前馈增量控制,从而维持系统功率平衡,提高系统的并网稳定性;基于PSCAD/EMTDC的建模仿真,通过故障穿越措施前后的系统参数对比,表明所提方法能够有效的维持光伏电站与柔性直流系统运行特性,平稳实现故障穿越。     

一种适用于电压源换流器型直流输电的直流电压控制

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。为了确保电压源型直流输电系统在一侧换流器故障时仍能有效控制直流电压,在分析电压源换流器在不同控制模式下的外特性的基础上,提出了采用基于直流电压下垂控制的直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现有功功率控制模式与直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,输电系统仍能有效地控制直流电压。最后以一个两端系统为例进行仿真验证,结果表明系统获得良好的动态性能。     

混合直流输电直流侧谐波分析及滤波器设计

为评估混合直流输电直流侧电压质量,解析其谐波成分和幅值计算等效电路,该文采用平均开关状态法分析MMC,调制理论分析LCC产生的谐波,推导各次谐波的幅值计算表达式,简化等效电路。在此基础上,分析了LC滤波后的波形和谐波成分,在交流侧三相不平衡度较大时,LC滤波器平抑低频谐波效果差;为抑制因三相不平衡引起的直流侧低频脉动,设计了两种3阶低通滤波器,并对比了它们与LC滤波器在滤波效果和动态响应时间上的差别,结果表明巴特沃斯滤波器的指标最佳。利用MATLAB/Simulink软件建立了混合直流输电模型,仿真结果显示所推导的谐波幅值计算表达式和等效电路能正确反映直流侧的谐波特征,所设计的滤波器能更好地消除低频谐波。     

联于弱交流系统的HVDC换相失败研究

高压直流输电(HVDC)系统逆变侧换流器处交流系统的强度直接影响HVDC系统的动态性能,换相失败是HVDC系统最常见的故障之一.通过分析逆变器换相失败的机理,归纳了联于弱交流系统的HVDC换相失败的各种影响因素,包括直流电流、换相电抗、换相电压、越前触发角,受端系统不对称等.利用Matlab的Simulink对交直流系统模型的动态特性及换相失败进行了仿真.     

Application of fractal theory in detecting low current faults of power distribution system in coal mines

Single-phase low current grounding faults areoften seen in power distribution system of coal mines. These faults are difficult to reliably identify. We propose a new method of single-phase ground fault protection based upon a discernible matrix of the fractal dimension associated with line currents. The method builds on existing selective protection methods. Faulted feeders are distinguished using differences in the zero-sequence transient current fractal dimension. The current signals were first processed through a fast Fourier transform and then the characteristics of a faulted line were identified using a discernible matrix. The method of calculation is illustrated. The results show that the method involves simple calculations, is easy to do and is highly accurate. It is, therefore, suitable for distribution networks having different neutral grounding modes.     

基于在线学习神经网络的状态依赖型故障预测

提出外部激励故障和内部激励故障的概念,研究非线性系统状态依赖型故障的预测问题.将非线性系统的故障模型描述成外部激励与内部激励相耦合的一般非线性函数形式,函数的结构未知.通过反向传播(BP)神经网络在线学习故障函数模型实时逼近故障模型,提出基于在线神经网络的状态依赖型故障的预测算法.该算法能够实时地检测故障,对系统状态和故障进行迭代估计和预测.利用系统状态的预测值实时预测了系统的失效时间.故障模型的一般化拓展充分体现了系统状态对故障的影响,增强了算法的实用性.仿真结果验证了该方法的有效性.     

MCKD-Teager能量算子结合LSTM的滚动轴承故障诊断

为解决滚动轴承故障时产生的信号具有强背景噪声而导致弱周期冲击特征难提取,以及在对轴承故障模式进行智能诊断时一般的诊断模型对故障振动信号的时序特征识别效果不强这两大问题,提出一种基于最大相关峭度解卷积(MCKD)、Teager能量算子和长短期记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。使用MCKD算法对滚动轴承振动信号进行降噪处理,提取出信号中被噪声掩盖的周期冲击特征,并利用Teager能量算子检测信号的瞬态冲击,得到Teager能量序列;将结果分为训练集和测试集,将训练集输入到建立的LSTM故障诊断模型中进行学习,不断更新网络参数并提取出时间维度的特征信息;将训练好参数的LSTM模型应用于测试集,输出故障诊断结果。实验结果表明,提出的方法以端到端模式可以一次性诊断多种类型、尺寸的故障,具有很高的识别精度,是一种可以有效利用强背景噪声信号中时序特征的故障诊断方法。     

面向齿轮箱故障诊断的序贯概率比检验理论和方法

提出了一种基于序贯概率比检验的齿轮裂纹故障诊断方法,并选用了无裂纹和有裂纹的齿轮模拟故障模式.实验中提取的振动信号夹杂着噪声等干扰,运用具有良好去噪效果的小波包方法对齿轮箱振动信号进行预处理.采用时域分析法提取预处理后信号的特征值,提取对冲击性振动非常敏感的峭度值作为特征值.将序贯概率比检验算法应用于齿轮箱故障模式的检验和识别.为了验证所提出方法的诊断能力,本文选用均方根误差的方法来计算同种故障之间,以及不同种类故障之间的识别误差,结果表明了所提出的方法是有效且强大的.