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关键词： 分布式电源系统   移动网络   网络编码   电力数据信息传输系统   自适应保护  

摘要： 全球不断恶化的能源与环境问题,促使了我国“双碳”目标政策的落地,进一步激励了风能、太阳能等分布式发电系统的迅猛发展。分布式发电系统具有与传统常规发电系统完全迥异的出力特性,其大量并入主动配电网,使得配电网的网架结构、功能形态和性能要求都发生改变,这给主动配电网带来前所未有的挑战。同时,由于我国配电网建设的网络拓扑结构比较复杂,配用电设备种类繁多、数量比较大且覆盖范围也比较广,这都将使得要将智能感知终端设备覆盖到主动配电网的每个角落并不容易,采用光纤或专用无线网的覆盖难度很大,容易产生盲点或网络拥堵而导致电力数据信息的采集和传输受阻。而主动配电网智能化发展的需求,又使得不同时空尺度下的电源处理和负载的匹配要求能够实时完成,这不只导致常规继电保护装置不再适用,更是对其继电保护动作的灵活性和可靠性提出了更高的要求。综合考虑以上因素,本文以含分布式电源系统并网的主动配电网运行为研究背景,针对电力数据信息传输系统及其信息安全传输策略、继电保护装置所受影响和继电保护策略等方面的关键技术进行了详细地研究和设计,并获得了一些创新性研究成果。具体如下:第一,针对分布式电源系统并网后,主动配电网所需传输的信息剧增,网络拥堵,吞吐量不够等问题,搭建了基于5G移动通信技术的电力数据信息传输系统。该系统采用“云-边-端”协同架构,由数据采集层、网络传输层和中央控制层等三个层级构成。其中,在网络传输层中,采用改进后的随机网络编码技术,通过在中间节点对被传输的电力数据参数进行特定代数运算,极大地提升了数据传输系统的网络吞吐量、响应时间、数据信息交换率以及丢包率等重要指标。之后,通过与现有传输方案指标的对比,并采用Chariot网络性能测试软件进行算例分析,验证了所设计电力数据信息传输系统的实用性和有效性。第二,针对电力数据信息传输系统比较容易受到网络攻击,使所传输的数据信息被拦截或被恶意修改伪造等问题,设计了一个高效、简单的密钥分发协议,并在此基础上结合压缩感知技术,构建出基于安全编码技术的电力数据信息传输系统的安全传输策略。该策略通过安全的通信通道将密钥分发到网络中的所有节点,以此实现对传输系统中电力数据信息包的隐私保护,能够有效地解决电力数据信息在进行传输的过程中,容易受到污染攻击,被干扰甚至破坏的问题。最后,基于OPNET搭建的实时仿真模型,试验验证了所设计安全传输策略的有效性和必要性。第三,深入分析单个分布式电源系统并网给主动配电网和继电保护策略带来的影响后,设计了一种自适应电流保护及其算法。该自适应电流保护以5G移动网络通信技术为依托,采用正序故障分量法和傅氏算法,构建出了能够根据配电网实时变化的运行情况,进行电流动作值整定及更新的电流保护方案。有效将5G移动网络的低延时和高可靠特性与含单个分布式电源并网主动配电网的自适应电流保护紧密地融合在一起。最后,仿真实验也验证了该自适应电流保护策略的适用性和实用性。第四,针对多分布式电源系统并入主动配电网的实际运行情况,在总结前人研究经验的基础上,提出了一种结合5G通信技术,基于输电线路两端测量阻抗变化情况的自适应保护。该保护通过5G数据采集通信系统结合故障辨识,获得准确度高的实时运行参数,进而构建出高效准确的模值判据和相角判据。两种判据共同配合,有效地识别区内区外故障,确保所设计自适应保护动作的准确性。最后,利用仿真软件PSCAD搭建含多分布式电源并网主动配电网的仿真模型,进行仿真分析,验证了所设计自适应保护的有效性和适用性。总之,本文针对含分布式电源系统并网主动配电网运行的发展现状和面临的技术问题,对以上四个方面的关键技术进行了研究,以期切实解决含分布式电源系统并网主动配电网运行中的现存问题,使得含分布式电源系统并网主动配电网运行的性能和可靠性更高,同时继电保护策略也更加适用。

关键词： 电力系统   故障诊断   神经网络   保护动作评价   差分进化算法  

摘要： “能源互联网”概念的兴起,中国“碳达峰、碳中和”目标的提出,不仅使得电网规模愈加庞大,而且推动了新能源发电规模的发展,将更多的风能、太阳能等清洁能源带入电网中来,对电网运行的可靠性、稳定性提出了更高的要求。尤其是当电网发生故障时,大量的告警信息涌入到调度监控中心后,要求调度人员在较短时间内处理这些报警信息并对故障做出准确判断是一件比较困难的事,因此,就要求电网故障诊断系统更加高效、准确,使其可以有效辅助调度人员及时对故障进行诊断与处理,保障电网持续、稳定的供电。人工神经网络凭借其强泛化、高容错等特点可以很好地处理复杂非线性问题,弥补了传统数学方法难以描述电网故障诊断过程的不足,因此,本文基于人工神经网络对电网故障诊断展开了深入研究。1)对电网故障诊断研究的背景和意义进行了阐述,然后论述了国内外电网故障诊断方面的研究进展。介绍了人工神经网络基本的特点和功能,在此基础上着重论述了反向传播神经网络,后又引入了差分进化算法来优化神经网络。2)针对神经网络应用于电网故障诊断时不能很好地实现对保护行为的评判问题,提出了可评价保护系统动作行为的双重神经网络电网故障诊断模型。该故障诊断模型分为两个阶段对故障进行诊断,首先根据电网发生故障时的告警信息来判断故障发生的位置,然后,利用0、1、-1对保护和断路器的正确动作、误动、拒动进行编码,结合故障位置及告警信息对保护、断路器的误动、拒动行为进行量化的评价,使得诊断过程更加完善。通过实验验证,表明了该改进模型的正确性。3)当电网规模较大时,使用上述方法可能会出现维数灾问题,而且其神经网络过程的“黑箱”化问题仍旧存在,因此提出了评价继电保护系统动作行为的通用神经网络电网故障诊断模型。采取面向元件的电网故障诊断方法来避免维数灾问题的发生,通过分析故障元件、保护和断路器三者之间的动作逻辑关系,打破神经网络的全连接结构,来重新搭建神经元之间的映射关系,增强神经网络诊断过程的解释能力;尤其是针对故障元件具有多个远后备保护和断路器的情况,采取先整体再细化的思路来确定其神经元参数,缩短训练时间;然后,分析故障时保护和断路器的期望动作状态,通过与实际告警信息的对比,进一步对保护和断路器的动作行为进行解释分析,对故障诊断系统进行完善。并在IEEE30节点和吉林省实际电力系统故障案例上对该模型进行验证,结果表明该模型不仅可以准确诊断出故障元件,而且可以有效对保护、断路器拒动或误动行为进行评价分析,还具有一定的可移植性。

摘要： 本文从继电保护菁英人才培训和继电保护领英人才培训方面详细阐述了国网江苏电力有限公司技能培训中心培养优秀继电保护技能员工的具体方法及其亮点。继电保护人员培训“菁英班”“领英班”介绍“菁英班”打造青年人才后备力量技能菁英是指入职2-6年的优秀青年技能员工，是国网江苏电力有限公司公司建设“两网”的新生力量。2020年公司以培养“懂理论、精技能、通管理、善反思、会表达”的复合型青年骨干人才为目标，

关键词： 网络化牵引供电系统   继电保护   变流器   Matlab/Simulink  

摘要： 为解决目前牵引供电系统所存在的不足之处、提高牵引供电系统的性能,中国国家铁路集团提出了网络化牵引供电系统架构。继电保护是供电系统安全可靠运行的重要保障,为适应网络化牵引供电系统这一新系统架构对于继电保护的新需求,很有必要对网络化牵引供电系统的继电保护方案进行研究。 首先,本文分析了网络化牵引供电系统的系统结构,明确了网络化牵引供电系统的功能特性,以及基于变流器不同控制策略的等效电路模型,研究了变流器在不同控制策略下的等效电路模型,建立了网络化牵引供电系统牵引变电所在对应情况下的牵引网侧等效输出模型,用以后续章节分析网络化牵引供电系统的负荷特征与故障特征。 其次,本文基于网络化牵引供电系统牵引变电所在在变流器不同控制策略下的牵引网侧等效模型,研究在系统正常运行与短路故障情况下的负荷特征与故障特征,分析系统各牵引变电所变流器工作状态对保护的影响,得到了在系统正常运行与短路故障情况下保护测量阻抗和测量电压、电流的分布特征,进而确立了系统的故障识别特征。 然后,根据网络化牵引供电系统的故障识别特征,结合传统的牵引供电系统继电保护原理,综合考虑网络化牵引供电系统对继电保护的要求以及系统内各保护间的配合需求,提出了适用于网络化牵引供电系统的继电保护方案,且制定了相应的整定计算原则。 最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建网络化牵引供电系统的仿真模型,并配置相应的保护措施,通过在网络化牵引供电系统的牵引变压器、变流器、母线和牵引网等不同地方设置短路故障,验证了所提出的网络化牵引供电系统继电保护方案的正确性与可用性。

关键词： 光伏并网   LVRT   配电网   短路电流   继电保护  

摘要： 随着社会的不断发展,光伏并网发电技术逐渐成熟,与此同时也给电力系统带来了许多的问题。例如,光伏电源并网时会使原网络的潮流发生改变,使电网的安全可靠运行受到影响。现有的继电保护方案无法应用于含光伏系统的网络,本文针对含有低电压穿越(LVRT)能力的光伏配电网继电保护进行了研究,提出了一种自适应电流保护方案,此方案可以提高传统配电网保护装置的保护范围。本文研究内容如下:首先,对光伏并网发电系统进行概述,针对单极式光伏发电系统,建立光伏逆变器模型,采用双闭环控制策略对网络参数进行调控,引入扰动观察法,完成光伏系统最大功率点跟踪控制。其次,针对已有的DQ-PLL锁相环技术存在的缺陷,设计出一种基于SOGI-PLL锁相环技术的电压跌落检测方法,根据国内外光伏电站LVRT技术要求,分别在电网发生对称故障和不对称故障情况下提出相应的控制策略,在提供无功支撑的同时,完成电网故障时逆变器LVRT控制。然后,根据光伏并网系统的LVRT控制策略,建立光伏系统接入配电网的短路计算模型,介绍了传统配电网短路电流的计算方法和含光伏系统的配电网的故障迭代修正方法。对无光伏电源情况下的配电网末端和含光伏电源的配电网接入不同点进行三相短路仿真,同时对传统配电网故障时的短路电流和具备LVRT能力的光伏接入配电网的故障电流进行对比分析。最后,分析了光伏接入配电网后不同故障位置对继电保护的影响,针对含LVRT能力光伏的配电网,提出了一种改进的自适应电流保护。以肇东地区配电网为例,通过PSCAD软件实验仿真,搭建10k V配电网模型,对光伏发电系统并网后配电网电流进行仿真分析,仿真结果显示,本文所提的整定原则能够满足继电保护要求,保护装置能精确地动作,与传统的电流速断保护相比,灵敏度增加,保护范围扩大,配电系统安全性得到提高。

关键词： 单粒子翻转   大气中子通量估算   单粒子加速试验   继电保护装置  

摘要： 宇宙中的高能射线与大气作用后产生的高能中子,入射到半导体器件的灵敏区,会以一定的概率导致其存储器发生变位,这种现象被称为单粒子效应。单粒子效应包括单粒子翻转、单粒子烧毁、单粒子锁定等。起初单粒子效应被发现于航天领域,可随着集成电路工艺的发展,半导体器件的特征尺寸与工作电压的减小、电路集成度的提高,即使是在地面工作的半导体器件也受到了影响。电力系统继电保护装置中包含大量的存储器,单粒子效应对其可靠性造成的影响将不可忽略。大气中子是诱发地面半导体器件单粒子翻转的主要原因,本文介绍了地面大气中子的来源、主要特点以及地面大气中子通量的估算方法。根据对中国主要城市大气中子通量进行估算的结果,分析了影响中国主要城市大气中子通量分布的主要因素,并对几种常见的大气中子通量的估算方法进行了对比。对地面半导体器件进行单粒子效应试验的基本方法有加速和非加速试验方法。其中加速试验方法通过使用加速粒子源可在短时间内得到试验结果,具有时间优势,是本文介绍与研究的重点。为了防护单粒子效应对半导体器件的不利影响,可对器件在软件与硬件层面进行加固。本文介绍了对器件在软件层面上的加固措施——ECC纠错和CRC校验的原理,以及在硬件层面使用中子屏蔽材料进行加固的效果。继电保护装置在电力系统发生故障时能将故障快速切除,对保障电力系统的稳定运行具有重要作用。为评估单粒子翻转对继电保护装置的影响,课题组在14 MeV单能中子源上对某型继电保护装置在元件级别与系统级别上进行了中子辐照加速试验,并成功测得了装置对中子的敏感程度。根据试验的结果,本文提出了一种针对继电保护装置整机的单粒子翻转可靠性评价方法。本方法根据试验采用的中子剂量和观察到的异常,可推算出装置在现场运行时的单粒子失效率,判断被测装置是否满足现场安全运行的要求。

关键词： 继电保护装置   通信网络   电力系统   网络环境  

摘要： 随着电力工业的发展，电力系统继电保护装置的智能化水平日益提升，这对继电保护通信网络稳定性提出了更高的要求。各套继电保护装置之间需要通过通信网络交互大量数据，任何通信网络的不稳定现象都会直接干扰继电保护装置正确逻辑动作，甚至会直接危及电力系统正常运行。针对此问题，对影响电力系统继电保护通信网络稳定性的因素展开分析和研究，着重分析了时延分布及网络负载对继电保护通信网络的影响及产生原因，并通过搭建仿真模型对不同数据包丢失率、不同网络环境进行了对比仿真，阐明了通信网络稳定性与时延分布及网络负载的关系，最后提出了提高继电保护通信网络稳定性的优化措施。

关键词： 风电场   集电线   继电保护   无功支撑   暂态量  

摘要： 风力发电已经成为社会生活能量需求的重要来源。由于风电场的特殊性,集电线路继电保护要求全线速动,且由于集电线系统结构特殊,受限于测量误差与成本控制的需要,目前只能通过测量集电线路单端电气量作为保护动作判据,集电线继电保护较为困难。随着风力发电并网容量的逐年快速增长,以及风电机并网要求的更新,风电场集电线发生短路故障时电气量特征与传统发电机线路有明显区别,传统集电线继电保护已不能保证“四性”的要求。本文以双馈型异步电机(Double Feed Induction Generator,DFIG)为研究对象,针对风电场集电线进行继电保护研究,制定更加符合风电场环境的保护策略。风力发电机最新并网要求中,对风机需要在并网点电压跌落时提供无功电流支撑,本文以撬棒(Crowbar)保护动作为依据区分浅度故障与深度故障,并分别根据两种情况下DFIG无功支撑原理,分析集电线发生短路故障时无功支撑对线路出口故障电流造成的影响。分析得到以下结论:首先,并网点电压跌落时DFIG对系统输送无功电流提升了故障线路电压,从而使线路最小短路电流明显降低;其次,DFIG网侧换流器额外输送无功电流使线路最大故障电流明显上升。目前集电线仍采用电流速断保护作为主保护,该保护方式下线路主保护与风机箱变熔断器失配率极高,将无法确保保护的选择性,严重情况下将造成大面积停电现象。针对传统方式中利用工频电流量的电流速断保护,本文做出适应性改进。首先根据DFIG无功支撑原理确定线路最小短路电流,从而得到整定初值。再利用故障线路电压、电流形成有效判据,判断故障点位置,根据判定结果在整定初值的基础上增加自适性补偿量。仿真结果表明,改进后的集电线电流速断保护失配率大大降低,完全适用于中、短长度集电线路,但该方法并不能完全解决长集电线路主保护与箱变熔断器失配问题。针对改进后集电线工频量保护的局限性,本文提出高频暂态量保护。利用小波分解得到故障电流高频分量,根据高频分量的透射特性与反射特性差异,分别利用高频分量能量谱与高频分量能量熵确定故障所在线路段。仿真结果表明,暂态量保护有效弥补了工频量无法保证长集电线路选择性的问题。

关键词： 继电保护装置   芯片   模块   可靠性   Arrhrnius模型  

摘要： 继电保护装置的核心芯片严重依赖进口,存在断供风险,直接影响电网安全,构建基于自主芯片的高可靠高性能保护装置已成为我国电网发展的重要需求。然而,含自主芯片继电保护装置与进口芯片设备相比,不仅在硬件设备上有差异,还可能在影响芯片及保护装置可靠性的重要因素(温度)上有差异,如何评估其可靠性,是有待解决的问题。有鉴于此,本文从芯片-模块-整机结构出发,分析了计及温度的保护装置核心芯片、模块及整机的失效率预计方法,并提出了继电保护装置的健康状态评价模型,主要工作如下:(1)针对现有芯片失效率预计方法对保护装置核心芯片适用性不明的问题,提出了适用于继电保护装置芯片的失效率预计方法。首先,结合已有芯片失效率预计方法,给出了高加速与环境因子校正相结合的方法;其次,针对继电保护装置,给出了结合芯片-模块-整机缺陷统计数据的芯片失效率估计方法;进一步,通过实例互相校验,验证了所提方法对于继电保护用芯片的适应性。(2)针对现有保护装置可靠性模型鲜有考虑内部模块及温度影响的问题,提出了考虑热效应的核心模块和整机的可靠性模型。首先,通过分析继电保护装置结构,确定了硬件失效、软件失效、人因失效三种主要失效模式,并结合统计数据,确定CPU模块、电源模块等模块失效应考虑为硬件失效;其次,结合各模块的Weibull时变失效率模型和温度相关的Arrhenius模型,建立了融合温度的改进Weibull分布失效率模型,并给出了继电保护整机可靠性预计模型;进一步,结合实例,验证了所提模型的有效性;最后,结合灵敏度分析了温度变化对整机可靠性的影响。(3)针对现有保护装置健康状态依赖信息不全面且缺乏芯片级信息的问题,提出了一种融合芯片、模块、整机信息的保护装置健康状态评价模型。具体地,通过分析保护装置的失效机理及影响因素,建立递进的三层级指标评价体系;针对运行数据偏离正常范围的情况,引入劣化度,依据其大小动态修正各层指标权重,解决了较小常权值指标被淹没的问题;在隶属函数的选取上,通过理论与实例结合的方式,提出了最适合继电保护装置的隶属度函数,使评价结果更精确;通过实例表明,所建模型中隶属度函数及变权方式是正确有效的,可为后续工作提供科学依据。

关键词： 双馈风电场   送出线路   宽频   继电保护   纵联保护  

摘要： 随着全球能源短缺和环境污染等问题的加剧,风力发电作为可大规模开发利用的清洁能源,近年来得到了快速发展。目前,主流风机类型为双馈异步感应电机,其故障特征与传统同步发电机有明显的差异。同时,由于风力发电具有随机性和波动性的特点,风电并网问题日益凸显。目前,风电场送出线路的保护仍采用常规的输电线路保护配置,然而随着风电接入电网的规模日益增大,必须考虑风电接入后对风电场送出线路继电保护的影响。本文在建立双馈风电机组以及风电场站时域仿真模型的基础上,对风电场送出线故障特征进行了深入研究,分析了大规模双馈风电场接入电网对220kV电压等级送出线路常规继电保护的影响,提出了一种基于宽频量的纵联电流差动保护算法,给出了关键参数整定原则以及灵敏度校验方法。 本文首先在对风电运行及控制方式进行理论分析的基础上,在电力系统仿真软件PSCAD中建立了完整的双馈风电场电磁暂态等值模型。通过电磁暂态仿真研究了双馈风电并网系统在送出线路区内外发生各种短路故障情况下的故障电压、电流波形特征,进一步研究了不同控制策略、保护电路投切情况、运行工况等因素对故障暂态过程的影响,为继电保护的研究打下了基础。 其次,在对风电场送出线路故障特征研究的基础上,分析了传统纵联电流差动保护的适应性,表明了传统保护应用在风电场送出线路上存在灵敏性降低的问题。针对现有保护存在的问题,利用送出线路两侧故障波形在区内故障、区外故障以及正常运行时的差异,提出了一种基于宽频量的纵联保护新算法,构造了新的保护判据,并给出了具体的保护整定原则与灵敏度校验方法。 最后,结合风电并网系统实际运行情况对保护进行了校验分析。通过仿真研究了送出线路发生不同类型的故障,如区内故障、区外故障,发展性故障、转换性故障、经过渡电阻接地故障等情况下保护的动作特性,研究了故障类型、故障位置、运行工况等因素对保护的影响,验证了关键参数整定的合理性,保护在各种故障情况下均能快速准确判断并可靠动作。