长距离隧道敷设电缆载流量仿真计算方法研究*

电网负荷的日益增大使得电缆隧道中敷设电缆回路数逐渐增加,导致电缆隧道温度不断升高,从而限制电缆载流量。对长距离电缆隧道进行强制通风是提高电缆载流量的一个有效措施,但通风状态下的隧道电缆载流量的计算方法还不完善。基于等效热路模型提出多层电缆结构简化计算方法,先求出等效热源Qeq和等效热阻率ρeq,进而建立双层仿真计算模型。为对长距离通风长度的隧道中敷设电缆载流量进行仿真计算,提出分段仿真计算方法,将上一段隧道出口的温度和速度分布作为下一段进口的温度和速度边界条件。进一步地,针对110 kV、220 kV和500 kV电缆,仿真分析得到了不同风速和通风长度对电缆载流量的影响机制。仿真结果表明,对于通风长度为1 km的电缆隧道,10 m/s风速工况下相比静止状态下的110 kV、220 kV和500 kV电缆载流量分别提升了467.05 A、549.18 A和573.4 A;当通风长度从100 m增加到1000 m时,各电缆载流量分别降低了95.34 A、117.54 A和130.6 A。研究成果可为电缆隧道通风设计、在线监测提供参考。     

交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征

电树枝化是影响交联聚乙烯（cross—linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆长期安全运行的瓶颈,需要深入研究XLPE电缆绝缘的老化机制,尤其是电树枝化的规律,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。设计了交联聚乙烯电缆样品和相应的试验电极装置,并搭建基于实际XLPE电缆的电树枝化试验平台进行试验。结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电缆作为试验样品,开展常温下工频12～21kV和50～90℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,得到电树枝局部放电的统计图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位和平均放电量相位的分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态的影响与针一板电极得到的结果趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时最大放电量相位分布和平均放电量相位分布的3阶矩随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。     

一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法

在新能源等采用变换器并网场合,电网同步信号检测是并网控制的关键。目前研究的锁相环电网同步方法还存在一定的缺陷,基于此,提出一种基于参考频率的电网同步信号实时检测方法,仅检测单相电网电压与参考频率正弦、余弦信号运算,在三相电网畸变、不平衡条件下能准确检测电网同步信号。针对电网出现频率偏移导致检测的同步信号存在较大的相位偏移,对检测过程中低通滤波环节引入负反馈和比例控制进行改进,可将相位偏移校正到满意的指标下。理论与实验研究结果均表明该方法的正确性和有效性。     

一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法

在线评价继电保护系统状态是保障继电保护在故障来临时正确动作的重要手段。继电保护信息系统具有大数据特征,但受制于数据传输堵塞、数据源不同步、缺乏智能分析工具等问题,难以用于进行继电保护状态在线自动评价。基于减少继电保护信息系统数据上传和处理规模的需求,提出基于保护内部加工信息进行保护状态评价数据精简的思路,构建反映继电保护系统状态特征的精简数据指标集,并提出利用该精简指标数据对继电保护进行在线状态评价的方法。利用所提方法可使继电保护子站仅实现少量信息传输即可为主站实现继电保护系统运行状态分析获取足够信息。在保障评价效果的同时,大大减少数据上传量和评价时间,为进一步在输变电环节合理利用电力大数据提供参考。以某典型220 k V变电站为例,验证了所提方法在减少数据上传量、快速完成设备状态评价的优势。     

电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向分散及对其电树枝特性影响研究

为提高低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)材料的抗电树枝老化能力,提出采用交流电场诱导蒙脱土(montmorillonite,MMT)片层,以实现其在低密度聚乙烯中取向分散的方法。首先,设计了电场诱导实验装置,用工频交流电场对熔融状态下的低密度聚乙烯/蒙脱土(LDPE/MMT)复合材料进行诱导实验;其次,通过测试材料的 X 射线衍射谱、紫外光透射率和材料断面、表面的扫描电子显微图片,表征了电场诱导对MMT在LDPE中的取向分散影响;最后,对比观察了电场诱导前后LDPE/MMT复合材料中的电树枝的引发和生长特性的差异。结果表明,电场诱导有助于MMT片层在LDPE中均匀分散,且使得MMT片层沿平行于电场的方向发生偏转,诱导后的 LDPE/MMT复合材料在垂直于取向电场的方向上具有更好地抑制电树枝的能力。     

基于电容序列近似熵的消弧线圈接地选线方法

针对零序电流互感器极性不明确导致选线失败的问题,分析了选线失败的原因,提出一种基于对地电容近似熵的选线方法。提出利用差分方法改进矩阵束,解决分量湮没问题,从而准确提取复频域极点信息。分别求取每条线路对地电容序列,由于消弧线圈补偿作用故障线路电容序列近似熵将超过阈值,则判断该条线路为故障线路。仿真实验结果验证:该方法摆脱了由于零序互感器极性不同而导致选线错误的限制,且适用于两出线系统,适应性强,选线准确率高。     

一种微电网分布式电源新型控制策略

针对分布式电源不具有惯性使得微电网控制困难的问题,引入了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术,设计了基于VSG算法的逆变器控制策略,并针对该控制策略存在的不足提出了一种基于VSG算法的直接功率控制策略;微电网中不同分布式电源分别采用上述2种基于VSG算法的控制策略,并分别作为组网单元和并网单元,它们控制方式不同但均具有类似同步发电机的负荷响应特性,在实现微电网虚拟惯性的同时可以达到灵活控制的目的;对微电网的协调控制进行了分析,设计了微电网频率调整和电压控制策略,针对孤岛向并网模式平滑切换,采取基于虚拟功率的预同步控制策略;最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的有效性。     

一种利用故障网络求解功率分布的方法

对于电网切除故障线路后的功率分布问题,现有的研究方法多数都是基于使故障线路切除后的网络潮流由发散变为收敛,恢复潮流解后才能得知故障后的功率分布情况。但这些方法都以恢复潮流解为前提,具有一定的滞后性,不适用于在线紧急控制。提出一种基于同步相量测量装置对线路故障中状态进行测量求取实时网络结构参数,再利用所得参数求解线路故障切除后功率分布的方法。此方法具有简捷、快速和准确的特点,并通过算例验证了其可行性。     

基于无功-频率下垂特性的无功扰动法在孤岛检测中的应用

孤岛检测是光伏并网研究的难点,特别在光伏并网逆变器输出与负载功率平衡时难以有效检测出孤岛,为此提出一种基于无功-频率下垂特性的无功扰动孤岛检测方法。该方法通过引入一个与负载无功-频率特性相关的线性函数作为无功扰动的输入量,打破功率平衡情况下发生孤岛时所存在的孤岛稳定运行点。再将实时检测到公共耦合点频率的偏差,引入到无功扰动的函数中形成正反馈回路,加速频率的偏移,使并网逆变器输出电压频率超出限定阈值,从而实现孤岛检测。仿真结果表明,该方法具有无检测盲区、响应快速、对电能质量影响小的特点。     

Morlet复小波算法在自适应电流保护中的应用研究

自适应电流保护算法中关键之一是实时而准确地计算系统等值参数。一般傅氏算法在计算系统等值阻抗时受短路电流非周期分量和电网频率不稳定的影响,会产生较大的误差。而Morlet复小波算法具有频率特性好,不受非整次谐波、非周期分量及电网频率波动的影响,因此本文提出了采用全周Morlet复小波算法计算系统等值参数的方法,通过选择合理的Morlet复小波函数参数,提取配电网典型故障电流电压的工频分量来计算系统等值参数。经仿真分析表明用该方法实时计算等值参数,精度高,能满足保护性能要求,具有很高的工程实用价值。