Research on a Fast-Closing Switch Based Fault Current Limiter with Series Compensation

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ ,ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔａｂｌｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｑｕｉｃｋｌｙ .Ｉｎｓｏｍｅｃａｓｅｓ ,ｔｈｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｌｄｅｘｃｅｅｄｅｖｅｎｔｈｅｒａｔｅｄｂｒｅａｋｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃｉｒ ｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｓａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｓｔａｎｄｉｎｇｌｅｖｅｌｏｆｏｔｈｅｒｅｑｕｉｐ ｍｅｎｔｓ .Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ ,ｗｉｔｈ…     

磁控开关型故障限流器RBF神经网络自适应偏置电流控制

基于新型磁控开关型故障限流器偏置电流控制系统复杂的非线性时变特性,提出一种基于径向基函数神经网络的限流器偏置电流自适应控制系统,采用2个RBF神经网络来分别构成自适应控制网络和辨识网络,实现了偏置电流的实时控制.试验证明,利用该偏置电流控制系统,限流器的响应速度和限流效果可以得到保证.     

Fault Current Limitation with Superconducting YBCO Thin Films

The behavior of YBCO/metal bilayers under transport currents was explored in the framework of fault current limitation (FCL). Properties of the superconducting-normal transition were first studied phenomenologically during sweep current experiments. For current rates higher than 500A/s, the transition into the normal state was based on non-thermal phenomena and was characterized by a flux creep regime ended by a jump into the normal state. At lower sweep rates, a total diversion of the current in the metallic shunt was observed for temperatures higher than 85 K. In this regime, a partial recovery of the superconducting state took place due to a finite thermal resistance between the superconducting and the metallic films. These two properties of partial diversion into the shunt and of fast switching for a quick rise of the current during a default were exploited for current limitation at 77 K. FCL experiments at 50 Hz show that YBCO/Au bilayers limit the current in about 1 ms at a value of 2.5/c by developing electrical fields as high as 3 kV/m. Moreover, a recovery of the zero resistance state could occur under rated mode. A straightforward application of this property would be the transformer connection. Finally, results on DC current limitation and recovery under nominal mode were presented for the first time.     

采用HHT的单相接地故障电流与励磁涌流辨识

为有效辨识中压配电网单相接地故障电流与变压器铁芯饱和产生的励磁涌流相似波形,提出一种基于希尔伯特 黄变换（HHT）经验模态分解（EMD）的辨识方法。通过对故障电流和励磁涌流进行EMD特性分析,将原始信号分解为若干本征模态函数（IMF）分量,根据确定的主导IMF分量个数以及比重系数和阈值的关系,区分出故障电流和励磁涌流的波形。仿真发现,单相接地故障电流主导的本征模态函数分量仅有1个,而励磁涌流主导的IMF分量则有多个;故障电流的比重系数Ki远大于励磁涌流的Ki。仿真结果表明,该方法能够有效辨识故障电流和励磁涌流。     

基于人工神经网络控制的短路限流器

针对电力系统的日益复杂性和故障原因的不可预测性，为达到准确的限流控制，提出了基于人工神经网络的限流控制策略．对具有可控串补功能的短路限流器进行了分析，提出了由两个独立子网络组成的人工神经网络控制模型．应用实际模型，使用电磁暂态仿真程序对电力系统可能发生的各种故障进行了动态仿真，新控制模型训练样本的输出结果和检验样本的输出结果相差不大，验证了两个子网具有很强的适应能力和逼近能力，使用基于人工神经网络的限流控制策略得到的限流波形峰值比使用PID控制策略得到的限流波形峰值要小得多，验证了新限流控制策略的可行性和准确性．     

故障限流器提高电力系统暂态稳定的仿真

简单介绍了故障限流器FCL(fault current limiter)的模型，给出了简单电力系统线路正常运行、一条线路出口三相短路、FCL投入和故障线路被切除时发电机转子的运动方程．利用MATLAB对同一系统出现三相短路故障时有FCL和没有FCL的情况下系统的暂态稳定作了仿真，仿真表明FCL能够提高电力系统的暂态稳定．     

高温超导限流器对暂态稳定性影响的仿真和试验研究

主要对新型高温超导限流器位于机端时对单机无穷大系统中暂态稳定性的影响进行了分析,并结合实验室新型超导限流器样机进行动态模拟试验研究。研究表明,超导限流器位于机端时,由于限流电阻的存在,不仅能有效限制故障电流,而且有利于系统的暂态稳定性。理论分析与试验结果基本一致。     

基于MATLAB的小电流接地系统K(1)故障信息提取与仿真

为了提取两类小电流接地系统K(1)(即单相接地)故障时电力参数信息,本文运用MATLAB电力专业模块库SimPowerSystems构建了具有三条线路的35 kV配电网的仿真模型,通过设置线路长度为8、12、15 km,并选择故障时刻为0.045 s时进行实验.最终取得两类小电流接地系统分别在故障距离为线路2的3 km和6 km处的电流幅值和相位值.与以往单纯以观测故障波形为主的各种电力系统故障仿真不同,文中所提取的故障信息为电力参数的实时量化值,其所携带的故障特征可直接为这类故障的定位提供有利帮助.     

超导故障限流器现状及其实用化研究方向探讨

超导故障限流器（Superconducting Fault Current Limiter,SFCL）的开发已成为近年来各国限流技术研究的前沿课题之一。文章结合SFCL的主要分类,指出了几种SFCL的特点与不足。针对现今的研究热点,着重介绍了电阻型、磁屏蔽型、饱和铁芯电抗器型、桥路型等几种实用性较高的SFCL工作原理及实现方案,并就其主要研究成果进行总结与评述。文章还根据SFCL研究的现状及工程应用经验,指出了实用化研究中需要解决的一些关键问题,以期为SFCL的开发和选择限流措施提供参考。     

三电平SVPWM逆变器矢量控制系统的故障仿真

牵引传动系统是动车组的核心技术,三电平矢量控制的电机逆变器的故障诊断非常重要.本文以CRH2动车组的三电平电机逆变器为背景,建立了三电平空间矢量脉冲调制(SVPWM)逆变器控制系统的Matlab/Simulink模型,并进行了仿真,分析了5种常见故障对三电平逆变器的输出电压、电流、转矩和转速的波形及电机性能的影响,以便为CRH2动车组的三电平逆变器的故障诊断提供了技术参考.     

基于IPSO-SVM的地铁车辆牵引控制单元故障诊断

地铁车辆牵引控制单元(TCU)是地铁系统的核心单元之一,准确诊断其故障状态对整个地铁车辆安全运行至关重要.基于数据的故障诊断方法是当前热点方法之一.针对牵引控制单元故障诊断中检测参数多、故障类别多的特点,提出了改进的粒子群优化支持向量机(IPSO-SVM)方法,克服了传统方法存在过拟合、收敛速度慢、易陷入局部最优的缺点.使用UCI机器学习数据库中的5个数据集进行仿真实验,结果表明:IPSO-SVM分类精度高于ICPSO-SVM、PSO-SVM、GA-SVM.进一步将此方法应用于地铁车辆实际数据,同样得到了较好的分类结果,验证了所提方法的有效性.     

快速开关型故障限流器多目标优化配置研究

为使快速开关型故障限流器(fast switch fault current limiter, FSFCL)在系统应用中发挥其最大优势,提出一种配置FSFCL多目标优化新方法。首先,针对FSFCL配置组合方案多、算法搜索范围大、寻优效率低下问题,提出基于超标节点短路电流变化总量的灵敏度法。其次,计及加装FSFCL后对系统所有节点短路电流的综合影响,提出一种权衡局部与全局限流效果的衡量指标,并在此基础上兼顾经济成本,建立FSFCL优化配置模型。最后,采用灰狼算法进行求解,并在传统灰狼算法上引入非线性余弦型收敛因子,通过对IEEE30案例进行仿真验证,表明基于改进灰狼算法的pareto最优解集分布更加均匀且跨度更大,设计者可根据实际需求从中选取配置方案。     

电阻型超导限流器和10kV配电网继电保护相配合的仿真分析

短路电流的增大已经成为高电压等级电网建设和运行中的一个突出问题.超导限流器是目前最为理想的限流装置,而其与现有继电保护装置的配合是超导限流器挂网运行的关键技术之一.利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电阻型超导限流器和继电保护装置的自定义模型,在此基础上分析了引入电阻型超导限流器对10kV配电网电流保护的影响,并对两者的配合问题进行了仿真研究,进一步提出通过改变超导体参数来调整电阻型SFCL的限流电阻和限流水平,以实现与继电保护协调配合,为超导限流器应用于实际电网参数配置提出了重要的量化依据.     

低压配电系统选择性保护短路电流峰值早期预测的算法研究

在短路故障早期诊断基础上,提出一种基于最小二乘法的低压配电系统短路电流峰值预测计算方法.该方法利用少量电流数据与故障电压初相角进行曲线拟合,可预测出短路电流发展趋势及峰值,使得通过实时在线预测短路电流峰值实现低压配电系统全局选择性保护成为可能.通过C语言编程与Matlab短路故障模型仿真,结果表明,峰值预测方法具有有效性,其精度高、程序运行速度快,且容易在硬件系统上实时实现.最后,给出利用峰值预测实现全局选择性保护方案,为开发具有短路故障早期诊断与选择性保护功能的智能断路器提供参考.     

脉冲负载下逆变型分布式电源故障电流特性分析

逆变型分布式电源的故障特性不同于传统同步发电机,尤其当含雷达等具有脉冲特性负载时,由于负载的非线性与脉冲性,其故障特性相比传统电网发生了根本性改变,给现有保护方法带来巨大挑战。以一种新型雷达站供电系统为研究对象,根据电网并网要求,依据低电压穿越运行控制策略,在MATLAB Sim Power System仿真环境下建立光伏电源并入配电网带脉冲负载的仿真模型,分析了脉冲负载下逆变型分布式电源故障电流特性与对现有保护的影响。     

小波换应用于小电流接地故障选线

研究了小波分析在小电流接地系统单相接地故障选线中的应用,利用小波变换这一新兴的信号分析工具,提取故障时的暂态量信息,构造出了基于小波变换模极大值奇异性检测原理的新型选线判据。着重介绍了利用小波变换提取故障信号的暂态高频分量,进行故障选线的方法。并且利用Matlab提供的小波分析工具进行了大量的选线仿真实验,验证了该方法的有效性和可靠性。     

变压器铁心电磁振动仿真及影响因素研究

为了研究变压器铁心的电磁振动的多场耦合问题,使用应变能原理修正铁心磁-结构耦合关系对变压器铁心的本体振动进行仿真研究.将硅钢片磁化特性曲线导入到仿真模型中,计算得到线圈中的电流密度以及铁心闭合回路中的磁感应强度分布,实现电场与磁场的耦合.利用应变能原理对磁致伸缩力进行等效,并以等效磁致伸缩力为耦合变量对铁心进行结构瞬态动力分析,得到铁心本体的振动分布.分析铁心电磁振动的影响因素,结果表明:随着铁心预紧应力增大,硅钢片磁致伸缩增量比值增大,铁心振动加剧;随着铁心叠片方向上的弹性模量增大,铁心振动量逐渐降低.仿真结果定性地验证了装配工艺对铁心振动的影响规律.     

基于中点电流的ANPC逆变器故障诊断策略与容错控制

有源中点箝位型(ANPC)逆变器具有输出波形畸变率低、传输效率高等优点,获得了广泛的应用,但大量的开关器件降低了逆变器的可靠性.分析了三电平ANPC逆变器在不同开关器件开路故障下的电流路径,得到不同故障下输出电平及输出电压空间矢量的变化情况.结合各矢量作用下中点电流与输出电流的关系,提出了一种基于中点电流的故障诊断方法.根据ANPC逆变器电路特点,对其桥臂器件和箝位器件提出了不同的容错模式,并提出了一种具有不降额容错能力的容错电路结构.通过搭建仿真模型及实验平台对提出的故障诊断方法及容错策略进行验证,仿真和实验结果验证了该故障诊断方法及容错策略的有效性.     

基于RBF神经网络的输电线路故障类型识别新方法

基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络理论,采用电流突变量比例系数,提出了一种对输电线路故障类型识别的新方法。利用PSCAD/EMTDC软件建立500 kV高压输电线路仿真模型,仿真不同工况下的故障。由各相电流之差提取故障差流信号的突变量,并计算故障后一个周期内差流突变量的有效值,得到故障状态下各相差流突变量占三相差流突变量有效值总和的比例系数,结合零序电流判别系数构造故障类型识别特征向量,建立RBF神经网络进行故障类型识别。仿真结果表明,采用电流突变量比例系数作为特征量包含的信息更丰富,对RBF神经网络的训练效果更好,不受故障位置、故障初始角和过渡电阻等因素的影响,网络识别精度高。     

具备故障电流阻断能力的改进型子模块及特性

实际工程中如何实现直流故障电流的阻断是基于模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)的柔性高压直流输电(flexible high voltage DC transmission based on MMC, MMC-HVDC)系统中亟需研究与解决的关键问题之一。在分析已提出的子模块拓扑的基础上提出一种带有双向开关的钳位双电容子模块(clamp double capacitor bidirectional switch sub-module, CDCBSSM),该子模块拥有双电容可以输出三个电平,发生故障时将电容反向串联进故障回路中,利用电容的反向电压在抑制故障电流的同时迫使钳位二极管处于偏置状态从而快速切断故障电流且闭锁后电容电压较为稳定。与其他子模块拓扑相比该子模块单位电容下所需功率器件的数量最少,具有良好的经济性。在MATLAB仿真平台上对该子模块的故障阻断特性进行验证,仿真结果证实该子模块在阻断直流故障电流方面的确有效且各功率器件的电压应力也和理论分析相吻合。