关键字 |
| 故障保护,锁相环(PLL)、电力系统、瞬变、模糊逻辑控制器(方法)。 |
介绍 |
| 保护是电力系统非常重要的任务不间断电源。一般应保护电力系统故障等异常情况,瞬变等。在电力系统保护故障检测以及故障歧视也同样重要。在某些类型的系统故障的歧视是非常必要的。的歧视可以通过各种类型的技术,如时域分析,小波变换,等效瞬时电感技术,绝对差的歧视在各个设备的有功功率技术以及在整个电力系统。因此保护电力系统是非常重要的,以避免块电源,避免不必要的损失disconnectivity力量。 |
| 强大的电力系统:系统具有低阻抗源和负载之间,导致非常少扰动源在故障期间,称为强劲的电力系统。大部分的工业系统强大的电力系统。他们渴望高短路功率连接和断开负载不会造成干扰敏感设备或流程。高短路功率,高故障电流系统中发展,以防有错误。这么高的故障电流时必须考虑设计开关设备和其他组件,建立电力系统。这很容易在新安装完成,但可以有问题时需要更高的短路功率在一个现有的系统。在这些情况下,故障电流限制器的安装可以重建开关设备的替代品。故障电流限制器的安装也可以提供机会使电力系统连接,否则不可能由于故障电流超过开关设备的评级。电力系统保护是另一个重要的问题。至关重要的电力系统的安全运行,故障自动检测并清除快速和可靠的方式使电力系统的运行是不打扰。 A typical fault protection system is built from circuit breakers (CBs), protection relays, and primary transducers, such as voltage and current transformers and auxiliary equipment. There are many methods and algorithms available to detect short-circuit current in a power system. One simple (but yet efficient) method is to estimate the current from measured current samples. If the magnitude of the estimated current is larger than a predetermined threshold it is assumed that a fault has occurred (magnitude relay). The estimation of the current can be performed using several different techniques, such as, for example, by calculating the root mean square (rms) value, or by a Fast Fourier transform (FFT) method, or by a least-square (LSQ) method. The accuracy of the estimation and the amount of information that is available for the estimation are correlated. In general, if more information is available, the estimation will become more accurate. On the other hand, if faster fault detection is required, the estimation becomes less accurate since less information is available. |
| 即使错误检测的主要关心的是故障保护设备(可靠性),能够区分故障和开关瞬态(安全)也很重要。在某些情况下,切换瞬变可以产生大电流,大得多的比正常负载电流大小。在现有的继电保护,电容器通电和变压器通电已发现通过分析测量电流发现两种类型的电流瞬态的某些特征。瞬态电流引起的变压器通电通常包含一个叠加直流分量和叠加二次谐波分量。电流瞬态电容引起的激发通常包含更高频率的谐波组件。测量电流的谐波分量与Fourier-based方法可以确定,但这通常需要更多的时间。为了减少故障歧视时间锁相环逻辑算法已经应用。 |
锁相环 |
| 在本节中,该方法使用锁相环故障之间的歧视和切换瞬变。首先,一个简短的描述给出了锁相环的基本知识。第二,一个著名的实现的锁相环适合仿真的目的是描述和相关信号,用于实际故障和开关瞬态之间的歧视。第三,锁相环实现的参数的优化进行了探讨和建议的首选参数。 |
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答:锁相环的基本知识 |
| 锁相环一直是一个重要的设备在电子和电力系统应用中首次实现在1930年代以来de Bellescize[9]中提到。第一个锁相环模拟装置,但固体电子学和计算机技术的发展,锁相环的发展从一个纯软件实现模拟设备通过数字实现。 |
| 锁相环电路,用于同步输入信号与参考信号(一个锁相环产生的)的输出信号相位和频率。锁相环的功能框图可以解释的一个简单的锁相环,如图1所示。 |
| u1 (t)是输入信号与参考信号u2 (t)的相位探测器(PD)。相位侦测器的输出是零,只要输入信号和输出信号的相位和频率都是平等的。如果输入信号的相位或频率变化,相位检测器的输出将偏离零。误差信号通过一个低通滤波器(低频),然后到一个压控振荡器(VCO),它生成一个参考信号(输出信号)。如果错误信号偏离零,VCO将调整参考信号的频率,相位误差成为零和两个信号阶段。当输入信号与参考信号相位,锁相环的锁定状态;因此,名字锁相。 |
b .描述的锁相环适用于故障和开关瞬态之间的歧视 |
| 一个向量实现,如图2所示,锁相环的主要段落。图1的框图相比,误差信号e (t)对应于PD的输出,而模糊逻辑控制器(方法)和derivator对应环路滤波器和压控振荡器(VCO)。锁相环的输入是3—5是投射到一个参考框架。根据邻近的αβquantities参考系,形成一个错误信号。这个错误信号是美联储通过PI调节器,控制误差为零。一旦误差信号为零,输入信号与参考帧阶段。 |
| 如果假设系统处于稳定状态,电力系统是完全平衡,电流可以写成的阶段 |
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| 因此,误差为零的输出角什么时候锁相环的相位与当前阶段。系统中发生瞬态时,误差信号应偏离零。根据瞬态的特点,偏差会有不同的大小和频率。因为错误通常是交流的基本电力频率性格,偏差将不同的开关瞬态包含非基本频率成分。误差信号的锁相环的行为也将取决于锁相环的调优。 |
c .锁相环的调优 |
| 锁相环将电力系统频率。锁相环已经使用了许多年的直流传动为同步发射晶体闸流管的连接交流系统的相角。因此一个众所周知的过程,建议使用参数等安装调优一个起点。参数的微调可以比由例如,计算机模拟或任何其他标准的调优方法。 |
使用锁相环d故障检测和歧视 |
| 该方法用于检测故障和歧视从开关瞬态故障描述。两种算法是并行执行的。第一个算法是基于当前的大小的估计。如果esti-mated级高于预选的阈值,设置国旗。第二个算法是如前所述,监测的误差信号锁相环。如果这个错误信号超过预选的阈值,第二个标志设置。如果旗帜都设置,是确定一个错误已经发生。 |
的设计方法 |
答:设计方法 |
| 上图所示的方法是使用模糊工具箱设计。设计首先分配映射变量模糊逻辑控制器的输入/输出(方法)。第一个输入变量的方法是误差e (t)和第二个是改变错误Δe (t)。方法是当前的输出变量。 |
b .隶属度函数 |
| 后选择适当的变量作为模糊控制器的输入和输出,应确定语言变量。这些变量变换的数值输入模糊控制器的模糊量。语言变量的数量描述变量的模糊子集根据不同应用程序。这五个语言变量的输入和输出变量用于描述它们。表1显示了模糊变量的隶属度函数。 |
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| 隶属函数将脆值映射到模糊变量。三角形隶属度函数是用来定义成员的程度。这对于每一个输入变量,七个标签定义即NB, NM, NS,泽、PS、点和铅。每个子集与三角形隶属函数形成一组七每个模糊变量的隶属度函数。 |
该方法 |
| 为了测试该方法,实现一个简单的测试系统已经开发并在MATLAB / Simulink仿真 |
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| 测试电力系统,如图3所示,由无限源、一个阻抗负载,一个并联电容器(有一个关联的断路器),一个变压器(有一个关联的CB),和一个错误的选择安排。系统的数据总结如下。 |
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| •变压器由一个transformer模型建模中可用MATLAB / Simulink的主库。这个变压器模型,模型可以侵入现象和磁化特性。变压器连接到与CB,电力系统的仿真,是开放的。变压器连接在δ在主面和Y在二次侧。变压器的绕组电压12 kV初级侧和二次侧的240 V。然后0.122 p.u漏电抗。在变压器额定10.2 mva。变压器的剩余流量也是建模。 |
| •故障选择安排是通过使用一个组件实现的MATLAB /模拟主库。这个组件,可以模拟不同故障电阻的不同阶段参与故障和故障初始角度。的模拟,没有错。 |
| 知识库包括定义规则表示为如果管理之间的关系,那么规则语句输入和输出变量的隶属度函数。在这个阶段的输入变量速度偏差和加速度是由推理引擎处理,执行7×7规则在规则表2。 |
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模拟电路 |
| 一大选择并联缺点,电容器通电,变压器通电模拟。三相故障和相间故障的故障模拟低阻抗。这个选择是由fault-current-limiting应用程序,因为这些类型的错误尺寸。许多配电系统接地阻抗,这限制了由于单相接地故障电流的大小的缺点。电容器和变压器通电模拟通过关闭相关的CB。所有事件都是模拟发生在不同时期对电源电压的相位角(α相的相位角被选中作为参考)。事件发生时的即时将决定一些等瞬变电流的特点,例如,大小和可能的直流偏置。 |
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结果 |
| 大量的仿真结果结果是可用的。这里给出几个选择的结果。本节包含的数据块电力系统signals-mainly电压和currents-but的信号控制系统,如误差信号的锁相环,已作为衡量多少测量电流偏离pre故障负载电流。 |
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| 典型的由于三相故障相电压和cur-rents绘制在图6。误差信号的锁相环为这个故障是绘制在图7中。从这个数字可以看出,误差信号偏离主要从0(稳态)后不久的错。然而,故障清除后,误差信号返回零一旦锁相环适应新的情况。故障与不同应用故障初始角度。误差信号的锁相环的大小远高于10 p.u。对所有故障初始角度。 |
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| 典型的电压和电流由于相间故障阶段绘制在图8所示。误差信号的锁相环为这个故障是绘制在图9中。从这个数字可以看出,误差信号再次偏离零故障后不久。故障清除后,经过短暂的瞬态误差信号返回零。故障与不同应用故障初始角度。误差信号的锁相环的大小远高于10 p.u。对所有故障初始角度。 |
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| 典型的电压和电流由于变压器通电阶段绘制在图10所示。这个事件的误差信号的锁相环是绘制在图11。从这个数字可以看出,误差信号偏离零事件发生后不久,但回到稳定状态时,锁相环已经适应新的条件。不同的开关瞬间被调查和误差信号的大小没有2 p.u之上。 |
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| 典型的电压和电流由于电容器通电阶段绘制在图12。这个事件的误差信号的锁相环是绘制在图13。从这个数字可以看出,误差信号偏离零事件发生后不久,但回到稳定状态时,锁相环已经适应新的条件。不同的开关瞬间被调查和误差信号的大小没有5 p.u之上。 |
结论 |
| 在这篇文章中,已经证明了一个锁相环可以用来确定一个系统中由于故障电流暂态或由于开关瞬态。变压器和电容器开关专门研究由于大型电力系统发生的这些开关瞬变。模拟已经使用一个测试执行系统故障和开关瞬态模拟。对于所有这些事件,一个很大的区别是观测误差信号的锁相环故障或开关瞬态时应用。这种差异可以用来区分故障切换瞬变。 |
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