一种新型微机直流操作回路接地检测和短路保护装置的研制

直流操作回路在运行过程中由于接地点的难以准确定位和缺乏有效的直流短路保护等原因，导致有时发生电力主设备损坏的重大事故。因此，对直流操作回路接地点的准确定位和短路保护装置的研制具有重大现实意义。作者首次交流系统三段式电流保护的概念及逻辑判据应用于直流操作回路，构成了三段式直流短路保护，同时提出了以霍尔电桥检测直流操作回路接地故障的新方法，并根据其原理研制了相应的装置。数值仿真和模拟试验表明本文方法能克服直流操作回路分布电容电流的影响，准确检测出直流操作回路接地故障，并能准确地快速地识别并切除直流操作回路的短路故障。     

基于超高速开关和串联谐振的冗余保护型故障限流器

针对牵引供电系统供电安全可靠性要求高、短路电流冲击频繁的特点,提出一种具有冗余保护的故障限流器拓扑结构,通过互锁开关将设计的两个保护支路并联,在功能上二者均可单独实现故障电流的限制。其中保护支路I作为正常运行保护回路,采用双分裂电抗器并联电容器和电抗器构成并联谐振回路;保护支路II采用超高速开关与电抗器并联。正常情况下保护支路I投运,保护支路II热备,主控制器通过实时监测系统电流和保护支路I的状态控制保护支路II投切。样机测试表明,该限流器能够在断路器动作之前监测到故障电流并动作,在最大程度上起到了限流作用。     

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。     

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管短路特性

器件的短路能力对整流器及其故障保护具有极其重要的意义。当器件故障运行时,为避免器件损坏,须在最短的时间内将故障予以切除,而此时器件的最大短路运行时间为系统保护装置提供了有力的时间支持。主要研究了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(Si C MOSFET)在短路条件下的运行能力,以Cree公司的1 200 V/19 A Si C MOSFET为模型,设计了硬件电路,测试其不同电压等级下的短路电流;并在直流电压等级为600 V的条件下,测试了不同栅极电压、不同温度工况下的短路电流。研究结果表明器件的短路峰值电流随着栅极电压的升高而增大,而其短路运行时间却大幅降低;温度对短路运行时间的影响则相对不甚明显;同时还给出了器件在不同工况下的最大短路运行时间Tsc(max)。     

基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制 方法

基于模块多电平换流器的高压直流输电技术(High Voltage Direct Current Transmission Technology Based on Modular Multilevel Converte, MMC-HVDC)因开关频率低、运行损耗小及易于扩展多端网络等优点被广泛应用。直流侧短路故障因短路电流大,故障电流上升速率快且难以抑制,对MMC-HVDC的发展造成了严重困扰。提出一种MMC-HVDC直流侧短路故障穿越控制方法,该方法基于对称双极接线的全桥型MMC-HVDC,且在直流侧采用高阻接地及金属回线,在发生直流侧短路故障时利用全桥型模块多电平换流器及时反转输出直流电压极性,实现故障电流抑制。同时利用金属回线构建成新的功率回路,快速恢复故障期间的有功功率传输。所提出的故障穿越策略,可以有效消除MMC-HVDC系统在发生直流侧短路故障时换流设备受到的故障电压及电流应力,同时避免换流器闭锁,防止功率缺失。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了所提出的直流侧短路故障穿越控制方法的有效性。     

计及柔性直流的系统短路电流实用计算方法

柔性直流输电可实现故障穿越，在交流系统发生短路故障后持续运行。随着柔性直流输电日趋广泛的工程应用，其对系统短路电流的影响不容忽略。针对含有柔性直流输电接入的交流系统缺乏准确实用的短路电流计算方法问题，分析了交流系统发生短路故障后柔性直流注入系统电流特征。基于柔性直流的控制策略，研究了短路电流计算过程中柔性直流等效电流源设计，分析了电流源幅值设定的合理性。在弱化柔性直流输出电流与并网点电压耦合作用的基础上，提出了基于叠加原理的计及柔性直流输电的三相交流短路电流计算方法。最后，搭建测试系统，通过电磁暂态仿真验证了所提方法的有效性。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制(PWM)变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行,要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略,该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器,并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性,为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础,同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

用短路发电机进行换流阀故障电流试验

阀故障电流试验作为考核换流阀短路电流耐受能力的运行型式试验项目,必须在与实际运行工况最为等价的试验回路上进行。短路发电机系统既能提供阀故障电流试验要求的短路电流,同时又能够在短路电流过零时刻立即提供预期恢复电压,具有较高的等价性,是进行阀故障电流试验的一种理想回路。短路发电机系统进行阀故障电流试验时,先利用阀运行试验合成回路提供换流阀正常工况下的运行条件,在换流阀结温及运行参数满足要求时,通过短路发电机系统模拟实际运行中的突发短路故障,使换流阀流过标准规定的短路故障电流,并承受恢复电压,以考核其故障电流耐受能力。     

基于叠加原理的配电网短路电流计算

根据配电网的结构特点,提出了一种利用叠加原理计算配电网短路电流的方法。该方法首先将短路故障分解为正常运行方式和具有一个电压源的故障分量,然后利用故障前的三相潮流计算结果并结合故障边界条件计算出故障点的短路电流,该短路电流作为附加的注入电流叠加到故障节点,利用回推前推法计算出短路后各支路电流和节点电压。 所提出的方法采用abc三相模型,克服了传统的对称分量法应用于配电网短路电流计算所遇 到的困难。而且该方法符合配电网的结构特点,能够适应于大规模配电网的短路计算,具有 很高的效率。     

少环配电网短路故障计算新方法

通过网络变形,构造出对环网解环及短路故障进行模拟的新端口,给出了环网解环及短路故障模拟的统一方法.以新端口为边界,将故障后的少环配电网分解成辐射状对称网络和模拟环网解环及短路故障的不对称网络2部分.在此基础上,推导了边界端口注入电流的计算公式;基于辐射状网络节点注入电流、支路电流及节点电压间的关联关系,完成了非故障处支路电流、节点电压的计算,提出一种少环配电网短路故障计算的新方法.该方法具有以下特点:环网解环及短路故障的模拟方法统一,可以方便地模拟任意复杂故障,包括两点接地故障;利用辐射状网络的支路阻抗参数完成故障计算,故障计算效率高;能够自动适应网络操作;非故障处的支路电流、节点电压的计算简单直观.算例分析表明,该算法具有良好的计算效率和精度.     

自适应限流型固态断路器的直流电源设计

为消除常规限流电抗对直流系统运行稳定性和直流断路器断流速度的不利影响,桥式限流型固态断路器实现了兼具自适应故障限流与断流的优异性能,但其桥电路中的直流偏置电源存在无过流保护和电源容量与投资成本相对较高的缺陷。针对桥式限流型固态断路器,文中设计了一种基于三相半波整流电路的直流偏置电源,提出了偏置电源参数选取和电压整定方法,有效减少了电力电子器件数量,实现了偏置电源过流保护电路,降低了偏置电源设计容量和制造成本。样机实验和仿真算例证明了所提出的自适应限流型固态断路器的偏置电源的优势。     

新型配电线路自动化模式

为了实现配电线路故障的快速、有选择性的切除、隔离与恢复,缩小停电面积并减小停电时间,提出一种新型配电线路自动化系统。新系统由断路器、配电线路无通道保护DNCP(distribution line non-communication protection)和备用电源自动投入单元三部分组成。配电线路发生故障后,故障区段两端的断路器在配电线路无通道保护的作用下动作跳闸,切除故障部分;失去电源的非故障区段在备用电源自动投入单元的控制下,投入备用电源,恢复相应区段的正常供电。新模式切除故障只需要一次断路器动作,一条具有6分段的配电线路最长故障切除时间小于1.1 s,非故障区段失电时间小于1.2 s。     

一种具有限流能力的新型混合式高压直流断路器拓扑

受到高压直流断路器开断容量以及关断时间的限制,直流电网面临故障抑制与清除的难题。提出了一种具有限流能力的混合式高压直流断路器拓扑,通过在电流转移回路中引入限流装置,达到有效抑制故障电流目的。分析了该断路器的拓扑结构、工作原理,并给出了断路器关键参数的计算方法,最后,针对三端柔性直流输电系统应用,在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证。仿真结果表明相较于其他方案,该断路器在系统正常运行情况下的通态损耗小、动态特性好,出现故障时能够快速切除故障电流,满足多端柔性直流输电系统对故障电流的抑制要求。     

基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器

随着直流电网技术的广泛运用,直流断路器作为关键保护设备已成为相关领域研究重点.提出一种基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器,具有通态损耗低、经济性良好、重合闸速度快等优点.首先,提出新型断路器的拓扑结构及动作策略,通过电压钳位原理切除故障,而后利用LC振荡关断支路晶闸管;其次,分别对母线和线路故障进行解析推导,进而针对其关断过程设计参数;最后,利用PSCAD/EMTDC中的三端直流电网模型验证其有效性与适用性,并分别对两种故障仿真加以分析,通过故障电流、系统电压及支路电压对比分析等验证该断路器可代替多个常规断路器,减少了主断路器需求.     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

电力系统中直流接地电阻检测的新原理

提出检测电力系统直流接地电阻的新原理-直流检测法。该方法利用一光控电子开关,分别将直流母线的正、负两极通过一限流电阻接地,从而分别将直流系统的总电压施加于直流系统的负、正极地地绝缘电阻（和限流电阻）上,产生一直流电流,检测该直流电流的数值,根据母线电压值和限流电阻值,可计算出直流系统正、负极对地绝缘电阻值。同时,在每一个供电支路上,分别设置一个霍耳电流传感器,让所有支路的正、负两根供电线缆都同时穿过位于该支路的霍耳传感器的原边检测孔,和光控开关配合,通过这些霍耳传感器的输出可检测出接地故障所在支路,再用一个钳型霍耳传感器,可进一步查找到接地故障点的具体位置,和现在普遍采用的交流检测法相比,该方法对直流系统无任何不良影响,不受系统分布电容影响,检测的精度和灵敏度高;无需交流信号发生装置, 显著降低了产品成本。     

适用于直流电网保护的高压直流断路器时序配合方法

世界范围内风电、光伏大规模开发利用,其所占发电比例不断增加。柔性直流电网作为支撑高比例新能源接纳的重要手段,已成为电网发展的重要方向。高压直流断路器作为柔性直流电网隔离直流故障的关键设备也受到了越来越多的关注。提出了一种直流电网保护中高压直流断路器的新型时序配合方法,该方法可以在直流断路器拒动情况下有效减小其余直流断路器的开断直流故障电流水平,同时缩减故障隔离时间和减小直流断路器中耗能支路耗散的能量。同时,提出了一种适用于直流断路器配合,用于检测直流断路器是否存在拒动的故障判断方法。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提出新型时序配合方法和故障判断方法的正确性和有效性。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

智能微型断路器抗强磁干扰技术

针对智能微型断路器在强磁干扰情况下容易出现误动和拒动的问题,对可能造成磁干扰的智能微型断路器操控系统、直流电机、开关电源等相关模块进行了分析,并提出了具体的优化设计方案。提出了基于微动开关与霍尔开关双模检测相结合的操控系统抗磁干扰优化设计方法,并从硬件和软件2方面加以实现。提出了直流电机抗磁干扰优化设计方法和开关电源输出功率抗磁干扰优化设计方法,提高了直流电机和开关电源抗磁干扰的能力。实验表明,经优化后的智能微型断路器抗磁干扰性能优越,稳定性、可靠性高,解决了智能微型断路器在强磁干扰情况下容易出现误动和拒动的难题,具有推广应用价值。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。