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关键词： 仿真技术   虚拟现实   C#   三段式电流保护实验   电流闭锁电压速断保护实验  

摘要： 实训教学是理论联系实践的直接形式,针对电力系统继电保护实验室现有的硬件类实验平台更新换代成本高、不易调节,和软件类继电保护实验平台开发周期长、实验操作复杂、交互方式较为抽象、实验界面控件都是电气工程元件图形符号而无法直观地进行实验操作并展现实验现象等不足之处,本文提出了一种基于C#语言开发的继电保护虚拟实验仿真平台并对其关键技术进行了研究。以本技术研究为基础的实验平台开发成本低、周期短,具有更友好的交互界面、完整的实验流程、拟真的实验控件和直观的实验效果。同时相比于传统继电保护实验平台,具有较低的软件知识门槛,且克服了实验种类单一缺乏拓展性的问题,紧密贴合继电保护实验教学需求。本文以继电保护实验中典型的三段式电流保护实验为例,对实现此实验仿真平台所需的一些仿真技术进行研究,主要工作为:1.首先通过人机交互技术,从实验预习,实验分析,实验连线到实验操作和现象观察,建立了完整的实验流程。通过用户交互操作代替改变参数的方式来模拟故障。2.其次通过自定义控件库技术,分析实验中的继电器和电气元件特性,设计了更贴近实际,具有反馈功能的继电保护实验控件。通过仿真控件的逻辑动作代替波形来展现实验现象。3.然后通过用软件编程实现实验模拟操作技术,以程序编辑和交互性控件实现了实验器件的电路功能,以面向对象的程序语言实现了可交互的继电保护动作逻辑。4.接着论文给出了三段式保护实验仿真平台的教学实验应用范例,并进行了实验验证,证明了本实验平台实验流程完善、人机交互友好、实验效果直观,适用于教学。5.最后,以上述仿真技术为基础搭建了电流闭锁电压速断保护实验仿真平台,并进行了实验验证,证明本文研究的技术有着较强的可拓展性,可为平台后续的开发提供保障。结果表明以本文所研究仿真技术为基础搭建的仿真平台符合继电保护实验教学需求,可以弥补传统实验方式的不足,不仅具有实用价值,对改革实验教学方式也有重要意义。

关键词： 继电保护   定值校核   模块   调度员  

摘要： 目前,国家电网提出“坚强智能电网”的概念,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度共六个环节,具有信息化、数字化、自动化、互动化的“智能”技术特征。电网内的各项工作都要迎合智能电网的发展趋势。继电保护作为电力系统最重要的二次设备之一,它的准确性和可靠性直接关系到电力系统的安全运行。因此,继电保护定值校核系统应运而生。本文研究分析现有已经开发的继电保护定值校核系统的功能与模块,并在此基础上进一步开发面向调度员的继电保护定值校核功能。研发调度员继电保护在线校核功能的目的就是站在调度员的角度,去应对实际运行方式下运行的继电保护整定值存在错误的情况。调度人员发现问题后,应将存在的问题反映给继电保护整定工作人员,最后由继电保护整定工作人员重新校核存在的问题并及时纠正。目前已经实现校验的功能都是面向继电保护整定工作人员的,其目的主要是保证整定值的可靠性要求,面向调度员的继电保护在线校核是在继电保护整定工作人员保证整定值可靠性(不发生拒动、不发生误动)的前提下,针对实际运行方式校核保护是否存在问题。由于调度员对整定计算功能一般不是很了解,再加上继电保护定值整定时选择性、灵敏性、速动性的取舍本身就存在一定的矛盾,所以校核的方法及生成的报警报告不能过于专业化、复杂化,要让调度员很容易看懂校核报告的内容,所以要保证校验的方法直接简单,生成的告警报告容易理解。通过分析已开发的模块,最终确定了面向调度员的继电保护在线校核功能模块:保护灵敏性校验、整定保护装置与配合保护装置最快切除故障校验作为选择性校验、自动识别运行方式定值区域切换校验和实时读取现场保护定值校验完成定值闭环管理需要,同时保留分析具体保护定值范围可视化模块作为调度员研究保护范围的工具。

关键词： 交直流输电线路   碰线故障   继电保护   适应性  

摘要： 随着高压直流输电的蓬勃发展，我国已建成世界上最大的交直流混联电网，然而我国输电走廊有限，交直流输电线路交叉跨越情况和距离较近情况不可避免，导致出现交直流碰线故障的概率增大。交直流碰线故障使交直流系统直接产生电气联系，由于两系统电气特征不同，故障特征明显区别于单一系统故障，对电力系统继电保护构成了严峻的挑战。本文以交直流碰线故障为研究对象，对交直流两系统故障特性、相关继电保护适应性及改进方案开展研究。　　首先，分析了交直流碰线故障后交直流两系统的故障特性。对于直流系统，依次分析了故障线路、非故障极和接地极的故障特征，发现直流系统既有碰线故障特征，也有接地故障特征;对于交流系统，对故障相和非故障相故障特征进行了分析;结合两系统故障特征，从单一系统视角出发，给出了交直流碰线故障的故障等效。　　其次，分析了交直流碰线故障后直流系统保护的适应性，包括交直流碰线保护、接地极保护和非故障极50Hz/100Hz保护，并对部分保护判据进行了改进。对于交直流碰线保护，利用换流器导通状态的改变研究直流系统50Hz分量的变化，继而分析保护适应性，避免了直接计算换流器等值阻抗;针对整流侧交直流碰线保护适应性不足的问题，利用保护处50Hz分量变化特征，提出了包含更多故障量信息且不受电压等级影响的改进判据;对于接地极电流不平衡保护，发现交直流碰线故障期间保护适应性不足，为此提出了适用于多种故障类型的改进判据。　　再次，分析了交直流碰线故障后交流系统常见保护的适应性。针对交流系统部分保护适应性不足以及交流保护对于碰线故障和交流系统常规线路故障区分度不足的问题，提出了在交流系统新增交流ACDC保护的建议，在详细分析直流等值阻抗特性的基础之上，结合保护动作原理和改进测量阻抗算法，给出了新增保护的动作判据。　　最后，分析了交直流碰线故障后两系统现有保护动作情况和可能存在的风险。针对上述风险以及交直流两系统保护间缺少配合和动作时序缺少优化的问题，在改进交直流碰线保护出口的基础之上，提出了交直流两系统保护间协同配合和动作时序优化新方案。

关键词： 火电厂   继电保护装置   二次电流回路   完整性测试  

摘要： 本文针对火电厂继电保护装置二次电流回路的故障原因进行分析，对其故障原因以及提高二次电流回路完整性的措施进行了探究，在继电保护装置投入运行之前，需要保障二次电流回路的完整性，防止继电保护装置出现拒动和误动的现象。通过结合实际案例进行分析，对测试结果进行了检验，并有效地防止继电保护装置发生误动危害，给电厂场运行的安全性和稳定性提供了保障。

关键词： 超高压电网   故障限流器   高耦合分裂电抗器   继电保护   内部故障  

摘要： 随着电力系统规模的日益扩张,城市与工业负荷数量和负荷密度的不断增加,系统互联的持续加深,短路电流水平也不断攀升,短路电流水平超过断路器遮断容量上限的现象时有发生。为了防止短路电流超标可能造成的通信干扰、故障扩大、设备过热损坏等后果,必须采取措施将短路电流水平有效限制在安全范围内。近年来,故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)作为一种经济合理、性能优秀的限制短路电流装置,逐渐得到广泛研究与应用。其中,基于高耦合分裂电抗器(High Coupled Split Reactor,HCSR)的限流器(HCSR-FCL)因其结构简单、经济性好、可靠性高、限流深度大等优点,有较好的发展与应用前景。 本文依托于国家重点研发计划《500k V及以上电压等级的经济型高压交流限流器的研制》,围绕HCSR-FCL工程实用化的关键问题,通过理论研究与仿真建模,分析了HCSR-FCL的拓扑结构与限流特性,研究了HCSR-FCL在超高压线路中的应用,包括其接入对保护的影响及内部故障的后果,并提出了相应的保护定值修正方案与本体保护方案。 首先,介绍了HCSR-FCL的拓扑结构与工作原理,基于PSCAD/EMTDC平台建立了含HCSR-FCL的大短路电流单侧电源模型与模拟实际工程的双侧电源模型,仿真分析了在不同短路电流水平下的限流情况及面向示范工程工况下的限流效果,验证了HCSR-FCL的均流特性和限流有效性。 其次,对超高压输电线路继电保护配置原则及保护类型进行了归纳,理论分析了HCSR-FCL接入对各个类型继电保护的影响。重点针对超高压线路差动保护、后备距离保护及重合闸进行了影响研究和仿真分析,提出了相应的定值修正方案,通过仿真验证了方案的有效性,并总结了HCSR-FCL与线路保护及断路器的配合时序。 最后,基于HCSR-FCL的基本原理与整体结构,分析了其内部接地与匝间两种故障:针对仅可能发生在下端部进出线处的内部接地故障,围绕12种具体工况展开分析,发现了在部分工况下快速开关强行开断可能导致设备损坏;针对匝间故障,提出同侧与异侧两种故障形式,并通过电路等效、参数计算、仿真分析研究了对HCSR运行的影响。面向内部故障可能造成的严重后果,提出了改进接线布置与快速开关超限闭锁两种本体保护方案,通过仿真验证了二者的有效性并对比分析了两种方案的优劣。

关键词： 中压直流配电网   零模功率   一模功率   高频暂态能量   Pearson相关系数  

摘要： 直流配电网在电能质量、稳定性、传输容量等方面具有交流配电网无可比拟的优势,逐渐占领配电网发展的高地。然而对于直流配电网线路保护方案的研究尚未完善,需要进一步探索。本文主要针对这一问题进行了分析研究,主要工作如下:对VSC换流器和DC/DC直流变压器的工作原理和控制方式进行分析,利用PSCAD搭建±12kV辐射状中压直流配电网模型并进行正确性验证。基于所搭建的仿真模型进行直流线路故障特征分析,研究电流故障分量极性以及线路零模功率在直流线路正常运行和出现单极故障时所表现出的差异特征,并进行故障识别判据的整定。最后通过仿真验证表明了该方法的快速有效性。对直流线路的各种故障情况,分析直流线路在正常工况下与故障情况下直流线路所传输的一模功率幅值的差异特征并结合子馈线一模功率增量的正负得到区内、外故障识别判据;分析故障下直流线路正、负极电流暂态能量的差别进行故障选极判据的整定。仿真结果证明,本方法可以解决直流线路所出现的各种故障,并且在耐受过渡电阻和噪声干扰方面也具有良好的表现。对直流配电网的直流线路引入限流电感作为边界元件,并利用小波包变换对其高频暂态能量进行提取,对比高频段暂态能量和的差别并结合主子馈线限流电感电压的正负进行故障区域的判别;通过引入Pearson相关系数进行直流线路故障前后高频暂态能量相关性的计算,并利用其值进行单、双极故障以及故障极的判别。仿真验证表明,该方法在耐受过渡电阻方面表现的更加优越,并且同样具有耐受噪声干扰的能力。针对本文所提出的三种保护方法进行特点对比,得出了直流配电网整体保护方案的配置;然后针对基于MMC换流器的直流配电网进行本文所提保护方法的适应性验证,结果证实了本文所提保护方法的强适应性能力。

关键词： 高速铁路   双边供电   短路计算   保护配置  

摘要： 随着我国的高速铁路快速发展,列车运营速度不断提高,对牵引供电系统的供电质量与可靠性都提出了更高的要求。对一些外部电源薄弱、无法满足高铁运营需要的地方,双边供电可以显著提升牵引网的电压水平,改善牵引网中电流分布,减少牵引网电能损耗,延长供电距离,减少分区所电分相设置,从而提高列车运行速度,增加运行的安全与稳定性。为了解决双边供电系统继电保护配置与整定,本文通过搭建双边全并联AT牵引供电系统等值电路模型,理论分析T-R、F-R、T-F三种不同短路故障类型的短路阻抗与电流,结合理论公式与仿真分析过渡电阻对保护的影响,分析现有单边供电下的距离保护在应用于双边供电方式下存在的不足,针对双边全并联AT供电方式下的距离保护配置与整定提出改进方案。通过对AT所与分区所的短路阻抗与电流分析,配置基于阻抗保护、电流保护的供电臂联跳方案,实现对故障行别的区分,减小停电范围。分析了外部输电线路发生故障时,对牵引供电系统的高低压侧继电保护的影响。通过Matlab/Simulink搭建双边全并联AT供电的仿真模型,结果验证等值电路以及短路阻抗公式推导的正确,为双边供电系统的继电保护配置与整定提供理论依据。通过理论分析和仿真研究,对比双边供电与单边供电的短路特性的差异,对双边供电系统的馈线保护进行配置与整定,并对其增设判据,避免导致误动。在牵引变电所进线增设新保护,用于防止因外部输电线故障对牵引供电系统稳定性的影响。本文丰富了双边牵引供电系统继电保护的研究,有利于提高我国铁路系统中牵引供电可靠性,对我国发展更高速度的高速铁路牵引供电系统继电保护具有理论提供重要的理论依据,对高速铁路的发展探索具有重大的理论价值和实用价值。

关键词： 直流配电   混合式超导限流器   继电保护   Spearman相关系数  

摘要： 直流配电网具有传输容量大、电能质量优、可靠性高、经济性好、电能损耗低等优点。然而,如果直流线路出现短路故障,会使得电容放电,线路故障电流以较快的速度增加到峰值,进而严重威胁到了直流配电网的整体稳定性以及元件的使用寿命。限流器能够有效降低故障电流的上升,因而将限流器应用到直流配电网中有着显著的作用,然而对于带有限流器的直流配电网继电保护研究尚未成熟,考虑到混合式超导限流器接入的研究相对更少。因此,本文对计及混合式超导限流器直流配电网保护方案展开研究具有深远的影响。 首先,本文对直流配电网在国内外的研究情况进行了介绍,并且对直流配电网故障分析以及保护方案研究现状也进行了细致的介绍,然后指出了在直流配电网中引入限流器所产生的明显效果,进而就超导限流器接入直流配电网后所造成的影响进行了介绍。 其次,对于几种典型超导限流器的工作特性进行具体的分析,同时分析了直流配电网中的脆弱元件,进而详细地介绍了本课题研究中所主要应用的混合式超导限流器及其数学模型等内容。 再次,分别从其主电路拓扑、主接线方式、电压等级、换流器及其模型、控制策略等方面对所搭建的计及混合式超导限流器的直流配电网进行详细的介绍。然后,基于该搭建的计及混合式超导限流器直流配电网模型,深入地对混合式超导限流器接入直流配电网前后所发生的单极接地故障以及极间短路故障特征进行比较和分析。 最后,在研究了混合式超导限流器接入对传统保护影响的基础上,提出了基于电流峰值变化率的保护方案以及基于Hausdorff距离算法的保护方案,有效的应对了混合式超导限流器接入对原有直流配电网继电保护的影响,同时克服了利用单一暂态信息检测故障时可靠性弱的缺点。考虑到当直流配电网中存在变化的过渡电阻时,不仅会对故障电流的峰值以及变化率产生影响,还会造成对故障等效电路的影响,而且,基于Hausdorff距离算法的保护方案仅局限于单极接地故障的保护,无法反映极间短路故障。因此,又进一步提出了基于Spearm an相关系数算法的保护方案,该方案很好的解决了过渡电阻对于计及混合式超导限流器直流配电网中继电保护原理的影响,以及它能够避免系统元件遭到故障破坏,更重要的是该保护算法能够全面地反映单极接地故障以及极间短路故障,满足保护动作的可靠性要求。

关键词： 继电保护   风险防控   缺陷诊断   状态评估   寿命预测  

摘要： 随着我国加速推进能源转型,已逐步形成了交直流混联电网格局,呈现出单一故障全局化趋势。在此背景下,为保障电网安全稳定运行,对继电保护运行可靠性和风险防控能力的要求提升至了前所未有的高度。伴随智能变电站的广泛应用,继电保护系统故障机理的复杂性、各部件的耦合程度逐渐增高,隐性故障逐渐增多,继电保护不正确动作的潜在风险有加剧趋势。为消除继电保护误动、拒动风险,国内外学者和工程技术人员开展了继电保护系统风险识别及防控相关研究,但继电保护系统失效风险仍时常发生,还缺乏有效的缺陷诊断和状态评估方法支撑。鉴于此,论文面向继电保护运行风险防控需求,分析现运不同类型变电站继电保护运行过程的风险特点,以继电保护设备状态、回路状态以及系统状态为研究对象,从继电保护全寿命周期的视角出发,研究变电站继电保护在投运前、运行中、退役三阶段的缺陷诊断与状态评估方法。论文主要内容如下: (1)针对继电保护投运前阶段缺陷识别和诊断手段不完善的问题,根据变电站继电保护系统构成特点,分析继电保护运行场景和缺陷特征,提出一种基于场景模拟测试的继电保护系统缺陷诊断方法。该方法根据对现运变电站继电保护系统运行风险点分析结果,从宏观和微观两方面入手,构建一种包含全系统软硬件、通信链路以及二次回路的系统级可信测试体系,特别针对继电保护系统缺陷中电流采样回路轻微故障电流与异常工况电流辨识准确度不高的难题,建立一种基于时间序列的Hausdorff特征距离的采样回路故障辨识模型。以典型220 k V变电站开展继电保护系统缺陷的场景测试验证和电流采样回路故障的辨识试验,验证了所提方法可有效发现继电保护系统多种形态的隐性缺陷。 (2)针对继电保护运行阶段设备运行状态难以准确评估问题,从构建指标及评估模型入手,提出一种基于多参量指标的继电保护运行状态评价方法。优选Apriori算法对设备运行数据进行关联分析和挖掘,获取与设备运行状态密切相关的特征指标,建立设备运行状态的多参量指标体系。采用属性层次模型和反熵权法分别计算评估指标的主、客观权重系数,并基于主客观组合赋权法求解得到评估指标的综合权重,构建基于云理论的继电保护设备运行状态评估模型。案例分析表明所提评估方法提高了继电保护设备运行状态评估的效率和精度。 (3)针对智能变电站继电保护系统多设备相互影响、风险识别困难的特点,研究其网络结构特点及风险耦合特征,提出一种集成Markov模型与风险传递网络的继电保护系统运行风险评估方法。该方法在构建多设备继电保护系统风险传递网络的基础上,得出多设备继电保护系统风险耦合关系。利用Markov模型对继电保护单设备进行故障率分析,在综合考虑继电保护系统失效造成的自身运行风险损失和因其失效对一次系统造成风险损失的基础上,结合风险传递网络构建继电保护系统运行风险评估模型,进而得到计及风险损失的检修策略优化。结合某省级电网智能变电站继电保护运行数据,分析验证所提模型和评估方法的正确性。 (4)针对继电保护退役阶段设备寿命预测准确率低和退役决策制定困难的问题,从现场提取的设备缺陷数据入手,研究继电保护设备的失效机理,分析其失效规律,提出一种基于带状拟合的继电保护设备寿命模型及其退役决策方法。以设备动态失效率为计算基础,利用Levenberg-Marquardt算法并基于Weibull函数拟合失效数据的两条边界线以客观反映失效数据的波动特征,建立设备带状寿命模型,预测继电保护设备退役的时间区间,准确反映继电保护设备的寿命变化规律。通过模型预测的推荐退役时间区间,弹性制定运维检修决策的指标和判据用于设备退役决策。结合某省级电网继电保护设备运行数据进行计算分析,验证带状寿命模型拟合的有效性以及弹性退役策略的合理性。