关键字 |
| 直流分布、故障保护、故障位置、微型智能电网",电力系统保护 |
介绍 |
| 最近,许多分布式电力系统研究和开发,特别是为了满足对高渗透的可再生能源资源的需求,例如风力发电机和光伏系统。分布式电力系统有优势,比如输电和配电的救援能力,更好的运行和经济的生成效率,提高可靠性,环保,和更高的电能质量[1]。微型智能电网"系统是一个小型分布式电力系统分布式能源和负载组成的,它很容易与可再生能源集成[2]。由于分布式特性的微型智能电网"的方法,连接到中央调度可以删除或最小化,这样可以增强对敏感负荷的电能质量。一般来说,有两种操作模式:独立(坐落)模式和发电模式。 |
| 微型智能电网"系统可分为ac-bus和直流母线系统,基于组件的总线系统相连。ac-bus-based微型电网的优势是,现有的交流电网技术很容易适用。然而,交流电网存在的问题问题,包括同步、无功功率控制,和巴士稳定,仍然存在。直流环总线系统可以成为一个可行的解决方案,因为微型电网小,局部系统的传输损耗可以忽略不计。直流母线的概念图微型智能电网"图1所示。虽然直流微型电网的优势是相当大的,直流配电系统的保护提出了许多挑战,如自主定位错误在一个微型智能电网",打破了直流电弧,直流保护装置,当然也缺乏标准,指南,和经验[3]。提出了一种故障检测、隔离和识别故障定位方案的低压直流环巴士微型智能电网"系统。 |
| 该方案的主要目标是检测故障之间的总线段设备,然后指责部分隔离,这样系统继续运作,禁用整个系统。还提议noniterative,使用探针动力装置确定的故障定位技术。故障定位信息提取的探针电流。 |
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| 调查动力装置还可以用于一个试点测试,以确定故障是否临时前主要CB重合,以避免系统损坏时,可以将故障是永久性的。为了实现这些目标,提出了一种环形直流总线微型智能电网"系统一段控制器连接组件之间。 |
低压直流母线微型智能电网" |
| 相对于高电压直流(直流)系统,低压直流(LVDC)在电力分配系统是一个相对较新的概念。对于小规模的系统,LVDC微型电网对传统交流配电系统有很多优势。交流和直流微型电网,电力电子转换器需要各种资源和负载连接到一个共同的公共汽车。使用直流总线需要更少的阶段转换[3]。此外,电缆的交流和直流电源系统是基于系统的峰值电压,电源由一个交流系统是基于有效值,而直流电源是基于常数峰值电压。因此,直流系统可以提供√2倍的交流系统相同的电缆。和直流系统不受从皮肤的效果。因此,直流系统可以利用整个电缆,从而减少损失[4]。 |
| 出现问题时直流微型电网系统需要re-liable和多才多艺的保护。交流系统有足够的经验和标准在系统保护。直流系统不具备这些优势。开关设备的直流系统必须非常健壮,以便处理中断期间创建的直流电弧故障电流。低压直流母线的保护装置商用系统融合和断路器(CBs) [3]。传统ac CB机制,依靠自然零电路开放交流电流的穿越,不打断直流电流。更重要的是,故障仍然存在,因为CB的操作时间增加。允许故障电流持续在一个微型智能电网"公共汽车将是灾难性的。 |
| 由于微型智能电网"系统需要多终端,电压源转换器(vsc)必须使用接口不同的总线子系统。发生故障时的直流侧VSC系统接口交流源,insulatedgate双极型晶体管(igbt)失去控制,随心所欲的二极管成为桥式整流器喂的错。保护VSC系统的挑战是,必须检测和故障电流迅速扑灭转换器的故障承受评级通常只有两次全负荷评级[5]。 |
直流配电系统的缺点 |
答:可能的错误 |
| 两种类型的错误存在于直流系统:1)线间和2)线,可以看到在图2中。一个相间 |
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| 故障发生在一个路径之间的积极的和消极的线被创建时,短路在一起。线,接地故障发生在正面或负极对地短路的。线的背景故障是最常见的类型的缺点在工业分销系统[6]。vsc可能经验内部开关故障,会引起相间短路故障。这是一个终端设备,不能清除故障;在大多数情况下,设备需要更换。因此,直流融合将是一个合适的保护措施对这种错误。在交流系统中,AC-side CB将旅行。 |
b .直流故障电流 |
| 在一段发生故障时,线路电流将负载电流和故障电流 |
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| 故障电流的大小取决于故障定位和故障电流路径的阻力。如果故障路径的阻抗很低(如线路接地故障与坚实的基础),当前的极性在接收端可以逆转,防止负载支持。电源的故障电流和公交电容器可以如下: |
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| 与线电压,Rc和Lc等效电阻和电感包括来源、线和地面组件,Rc和Ce等效串联电阻(ESR)和常规公交电容器的电容,分别。直流故障电流的时间常数很小,因为线路电阻的直流系统相比是可以忽略的交流电力系统中有很高的电抗线。总线电压将会下降,甚至崩溃,根据电源和储能装置的容量在公共汽车上,接地阻抗。 |
c .故障保护技术 |
| 直流保护系统已经完成了直流保护开关设备以及传统交流设备,如CBs和融合。虽然交流设备优势,如成本低、技术成熟,和更短的交货时间,直流设备是一个更好的选择。直流保护装置可以中断恒流速度比ac同行孤立断裂线和维护的操作未断裂的[2]。 |
d .故障定位技术 |
| 几种方法已经研究了交流系统的定位错误。故障定位可以确定使用计算电抗基于故障电流和电压信息记录的一个终端线[13]。基本矢量信息[14],相量测量单元(PMU)[15],和故障电压凹陷可以使用[16]。行波法计算瞬态波前的到达时间的差异在两个或两个以上的地点连接到一个故障定位错误[17]。 |
| 现有的直流故障定位技术使用电流上升速度、电流强度、电流振荡模式[12],连续小波变换[30],[19]分布参数线路模型,迭代估计使用参考电压[20],[18]和人工神经网络。上述方法的精度显示承诺;然而, |
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| 两端测量依赖限制了实际应用。仪器方面,如传感器误差和通信延迟的影响,研究了在[21]。进而,因为直流故障电流上升如此之快,它可能不得不被打断之前故障定位可以获得一些有用的信息。同样,它可能很难提取必要的信息对故障定位时的错,因为故障电流是由其他总线段和组件以及故障阻抗。 |
提出了故障保护的方法 |
| 与其他先前提出的方法直流系统[12]、[22],提出保护方法不需要完全关闭微型智能电网"。相反,只有部分是孤立和断距的影响。这是演示所使用的直流总线环形总线配置,创建几个区域的保护,可以定义在公车使用重叠节点和链接。每个节点包含三个哥伦比亚广播公司CBs和两个总线的两端部分形成一个链接。这对积极和消极极可以实现双系统。在每一个节点,探测动力装置将安装定位重合的故障和测试总线。提出系统的详细图图3所示。该保护方案包括以下组件。 |
答:故障检测和隔离 |
| 主控制器显示器的差异两个奴隶将控制器领域的当前读数 |
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| 我在的地方是线电流段两端的总线。差异超过阈值时,控制器发出适当的命令奴隶控制器,这样指责部分可以分开的系统。因为该系统采用差动继电保护原理监测只有输入和输出电流的相对差异的一个部分,它可以探测到故障在公共汽车上不管故障电流振幅或电源的进食能力。一旦断裂段被孤立,总线电压将恢复和剩下的环形总线系统可以继续经营。即使有多个断裂段,系统可以部分如果段从一些电源负载完好无损。设备周围的故障的可能性,连接点可以最小化如果段控制器安装尽可能接近连接点。 |
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| 提出保护计划的实现图4所示,它显示了部分的配置在图3中。基于半导体的双向开关S1和D2二极管用于段分离和故障电流随心所欲,分别。在正常操作,关闭开关S1和二极管D2是开放的。当发生故障时,主控制器检测到它从奴隶控制器使用当前信息并打开开关S1。二极管D2同时正在形成一个随心所欲的路径故障电流,S1开关可以打开和故障电流通过电阻可以熄灭。段控制器可以检测线路接地故障的故障电流(从A或B G)和相间故障(从A点到B)。S1的岔道缓冲器电路包括开关限制由于线电感电压超调。 |
| 线路接地故障图4所示。可以看出,故障电流是孤立和熄灭在随心所欲的循环。随心所欲的路径阻抗决定的灭绝率故障电流,可以给出如下: |
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| 在射频和低频代表随心所欲的电阻和电感路径,分别。 |
| 当线路接地或相间故障发生在配电线路,总线电压崩溃不允许负载度过从源,因为如果当前是有限的能力不足。VSC-interfaced微型智能电网"系统尤其如此。此外,故障电流需要尽快扑灭即使目前系统有足够的进食能力。因此,最好的解决方案之一是尽快隔离断裂线和完好的情况下继续操作总线段和子系统。为了达到这个目标,细分控制器需要能够快速微分电流检测和总线开关控制。自动重合闸算法需要对故障恢复和更健壮的操作[7]。 |
b .缓冲电路 |
| 缓冲器电路是必不可少的保护电压瞬态的固态CBs由于总线电缆的电感。更因此特别是回路式总线线路电感存在两岸的CB与point-to-point-type系统。虽然故障电流需要尽快被打断,di / dt可以高的瞬变电压灾难性的高固态开关。有一些缓冲电路拓扑的过电压抑制由于电感线断开,如解耦电容,放电限制去耦电容器,discharge-charge-type RCD缓冲电路,discharge-suppressing-type RCD缓冲电路[8]。据报道,去耦电容器低损失,但也振荡问题和RCD缓冲器有更高的损失,但没有振荡问题和高电流应用[9]。自从固态CBs在高频不开关,charge-discharge-type RCD缓冲电路选择更好的电压抑制性能。 |
c .断层建模与探针动力装置 |
| 一旦孤立断裂总线段,就可以形成一个二阶RLC电路通过故障路径与探针动力装置见图8所示的等效电路。当开关Sp调查动力装置关闭,探测器的动态电流可以表示为 |
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| 等效电阻和电感的故障路径将线的总和和故障电阻和电感线和调查,如图5所示。线电容泄漏可以被忽视,因为探头的电容电容器明显更大。探测的探测电容和电感将决定电流探头的频率。因为大R / L比值的电力电缆[23],调查当前没有探头电感将衰减太快。因此,故障电路元件,包括探测单元组件,给出 |
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| R1和L1线路电阻和电感的错位置,被定义为哪一个 |
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| 由于没有驱动电压电路中除了电容电压的初步调查,调查当前我可以作为一个RLC电路的零输入响应 |
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d .故障定位的识别 |
| 的欠阻尼的响应频率探头电流固有频率和阻尼系数的函数。如果阻尼系数足够小(可控与探测器电容和电感),阻尼响应频率非常接近固有频率,即函数断裂段的电感L1,探针电感LP和探测器电容CP.Because探测器电路的电容和电感(CP和LP)和单元电感的陆已知参数,故障定位的距离即可计算探测器电流频率同时使用(17) |
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| 阻尼谐振频率������可以从采样获得当前数据使用快速傅里叶变换(FFT)算法。 |
仿真结果 |
| 计算机模拟进行了微型智能电网"系统,包括三个典型的能源设备:源、负载和能量存储。他们是连接如图7所示。僵硬的直流电源被假定这样一个常数被检故障电流源电压降。240 v双极直流总线与200总线段和一个错误的中间(100米)总线模拟。仿真参数表我可以找到。 |
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| 积极的线路接地故障的总线段模拟在1毫秒。图8显示了源和负荷端电流的线路接地故障和没有保护。可以看出,当前从源增加到180后0.5毫秒。故障电流大小取决于阻抗断层的路径。电流两端的部分相同的之前faultshow清楚区别之后的错。线,线路故障电流会更高,因为没有电阻来限制它。因此,快速检测和隔离是至关重要的。已经假定在仿真部分控制器可以检测它,打开/关闭固态哥伦比亚广播公司在250年美国考虑当前的微控制器和开关设备的速度,快速中断isfeasible这个速度范围。图8所示。和图9所示。also shows that the fault currents are extinguished when the faulted segment is separated. |
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| 图10显示了电压瞬态在固态CB S11没有和缓冲器电路,分别。它还显示了断层灭绝在随心所欲的路径。电压瞬态在岔道由于线电感和高di / dt可以非常高,它可以很容易地破坏固态开关。也可以看到,缓冲电路的电压瞬态抑制在可容忍的水平。 |
| 图11显示了负载的电压。接地故障把阳极电压为零,和双极直流总线将经历一个电压偏移的指责。然而,负载电压迅速恢复了断裂段后分离。 |
| 图12显示了当前总线的总线段C和电压段B和C和当前在随心所欲的路径。总线段C接地故障电流和电压凹陷是经验在总线段B和C。 |
| 断裂后段由简易爆炸装置,它由探针动力单元测试来确认故障状态和位置。探头的电容和电感值动力单元组件可以使用27日计算F and657μH,分别以0.025阻尼因子和50毫秒探索时期。调查当前衰变设计和清楚地显示了振荡频率。断层在100公车上段,频率为718.95赫兹。FFT分析提取了故障定位频率为719.0赫兹和被使用(17)和0.02%的误差(100.02米)。 |
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| 防护设备总线段B和C已经省略了这个仿真,因为提出protectivescheme检测净电流的差异将不会触发在公共汽车上如果没有错。这一点可以通过随调电流流入的完整的总线段C图12所示。即使在公共汽车上造成的瞬态故障段,段C的传入和传出的电流是相同的。该方案,检测当前的区别是健壮的共模噪声和由于故障暂态。 |
结论 |
| 故障检测、隔离的直流微型智能电网"系统和位置方案已经提出。提出保护计划包含的简易爆炸装置能够检测故障电流在公共汽车上段和隔离段,以避免整个系统关闭。基于环形总线的微型智能电网"系统简易爆炸装置,已被使用。断裂部分分离,使用探针动力装置的故障定位算法无需再次接通主CBs也被提出。这车探测方法可以确保适当的行状态之前重合,因此,提高了系统的可靠性和平均故障间隔时间(MTBF)的防护装备。此外,它可以方便地应用于交流电源系统消除重合失败造成的问题,以及确定故障位置。成功的性能故障检测、隔离和位置使用计算机模拟已被证明。 |
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