基于电力电子变压器故障穿越策略的低压直流配电网保护

奇少华

摘要：本文研究了电力电子变压器在低压直流配电网中的故障穿越策略，旨在提高低压直流配电网的可靠性和安全性。通过分析电力电子变压器故障形式及其对低压直流配电网的影响，提出一种有效的故障穿越策略，并通过仿真和实验验证其有效性。

关键词： 电力电子变压器；低压直流配电网；故障穿越策略；

引言：

低压直流配电网因其高效性和适用性而受到广泛关注。然而，在实际应用中，电力电子变压器的故障可能对低压直流配电网的正常运行产生不良影响。因此，研究有效的故障穿越策略对于提高低压直流配电网的可靠性至关重要。

一、电力电子变压器故障形式

1.1短路

短路是指变压器中某两个或多个绕组之间发生直接短接。可能是绕组内部短路或绕组之间短路。短路可能导致电流异常增大，产生高温，严重时引起设备损坏。在低压直流配电网中，短路可能导致电网短路电流过大，影响其他设备的正常运行。

1.2开路

开路是指电力电子变压器中某一绕组的绝缘失效，导致该绕组电气断路。开路可能导致该绕组电流中断，影响电能传递。在低压直流配电网中，开路可能使得某一部分电网无法正常工作，降低电能传输效率。

1.3过载

过载是指变压器承受的电流超过设计负载能力。过载可能导致变压器发热过大，缩短设备寿命，甚至引起设备烧毁。在低压直流配电网中，过载可能使得电能传输效率下降，影响系统的稳定性。

1.4电压失调

电力电子变压器输入输出电压失调，即输入和输出电压波形不同步。电压失调可能导致系统中其他设备受到谐波影响，影响系统的功率因数，甚至引起设备振荡。在低压直流配电网中，电压失调可能对系统的电能传输产生不稳定的影响。

1.5谐波污染

电力电子变压器可能引入谐波，导致系统电压、电流的谐波畸变。谐波污染可能对系统中其他设备产生负面影响，影响电能传输的质量。在低压直流配电网中，谐波可能导致系统的稳定性下降，影响其他设备的正常运行。

二、故障穿越策略设计

提出一种基于电力电子变压器故障穿越的新策略，包括故障检测、穿越控制和系统响应等方面的设计原理。

2.1故障检测

2.1.1传感技术的应用：引入高精度、高灵敏度的传感技术，如电流传感器、电压传感器和温度传感器，实时监测电力电子变压器的运行参数。通过对电流、电压和温度等关键参数的实时监测，获取变压器运行状态的全面数据，为故障检测提供准确的信息基础。

2.1.2智能监测装置的应用： 配备智能监测装置，采用先进的数据采集和处理技术，实现对多维度参数的实时监控。利用智能监测装置，将传感器获取的数据进行实时分析和处理，通过智能算法判断运行状态是否正常，及时发现异常情况。

2.1.3异常情况的定义：设定清晰的异常情况定义和判据，包括电流过大、电压异常、温度升高等。基于电力电子变压器的正常运行参数，设定异常情况的临界值，一旦检测到超过临界值的数据，即判定为异常情况，启动故障检测程序。

2.1.4远程监控系统：建立远程监控系统，将变压器监测数据传输到监测中心。通过远程监控系统，使监测中心能够随时随地获取电力电子变压器的运行数据，实现对设备状态的实时监测和故障检测。

2.1.5实时报警系统：配备实时报警系统，一旦检测到异常情况，立即发出警报。引入实时报警系统，通过声音、光信号等方式，及时通知相关人员，使其能够迅速响应并采取措施，防止故障进一步扩大。

2.2穿越控制

2.2.1电力电子技术的应用：运用先进的电力电子技术，包括IGBT、SiC等元器件，构建高效、快速的穿越控制系统。通过引入高性能的电力电子器件，实现对故障信号的迅速响应和控制，提高穿越控制的速度和准确性。

2.2.2响应速度的优化：通过优化控制系统的响应速度，实现毫秒级的穿越控制。在穿越控制系统中引入高速、高灵敏度的传感器和先进的控制算法，以确保在最短的时间内完成对故障信号的穿越控制。

2.2.3穿越控制的精准性：利用精密的控制算法，实现对故障信号的准确穿越，确保电能传输的连续性。通过对电力电子器件的高精度控制，确保在穿越控制过程中对电能传输系统产生的影响最小化，维持系统的高效运行。

2.2.4智能穿越判断：结合人工智能技术，实现对不同故障形式的智能穿越判断。通过对历史数据的学习和分析，让系统具备对多种故障形式的智能判断能力，提高穿越控制的智能化水平。

2.2.5系统稳定性的维护：在穿越控制系统中引入稳定性维护机制，确保系统在穿越过程中不产生二次故障。通过监测穿越控制后的系统运行状态，实时调整控制参数，维持系统的稳定性，防止因穿越控制引起的其他问题。

2.3系统响应

2.3.1自动切换机制：引入先进的自动切换装置，一旦监测到电力电子变压器故障，系统能够迅速实现到备用通道的自动切换。通过自动切换机制，系统能够在故障发生时立即切换到备用通道，保障电能传输的连续性，降低系统运行中断的可能性。

2.3.2负荷调整策略：设计智能负荷调整系统，根据故障情况实时调整电能传输系统的负荷，降低对系统的影响。故障发生后，系统可以根据实际情况智能调整负荷，确保在保障系统稳定性的同时，降低故障对电能传输的冲击。

2.3.3快速反应策略：引入快速响应控制策略，确保系统在监测到故障信号后的毫秒级快速反应。通过快速反应策略，系统能够在最短的时间内对电力电子变压器的故障进行识别，并启动相应的切换和调整措施，以降低系统的损失。

2.3.4联动保护机制：设计联动式保护系统，确保系统各个部分能够协同工作，形成全面的联动保护机制。在系统设计中引入联动保护机制，使各个保护单元能够紧密合作，对电力电子变压器故障实现全方位的联动响应，提高整体的可靠性。

2.3.5人机交互与远程监测：引入人机交互界面和远程监测系统，方便运维人员实时监测系统运行状态，进行及时干预。通过人机交互界面，运维人员可以随时了解系统的运行情况，远程监测系统的响应和切换情况，以实现对系统的远程智能控制。

2.4通信和反馈

2.4.1高效通信系统：引入高效通信设备，包括网络通讯、传感器数据传输等，以确保故障信息的快速、准确传递。高效通信系统能够实现电力电子变压器故障信息的实时传输，为系统响应提供及时的数据支持。

2.4.2及时反馈机制：设计及时反馈机制，将故障信息快速反馈给监控中心和运维人员。通过及时反馈机制，监控中心可以迅速获知故障发生的位置、类型和影响范围，有针对性地进行处理和修复，提高对电力电子变压器故障的响应速度。

2.4.3远程监测与遥控系统：引入远程监测与遥控系统，使监控中心能够实时监测系统运行状态，并远程进行控制操作。通过远程监测与遥控系统，监控中心可以全面了解系统运行状况，实时进行远程调控，提高系统的可操作性和智能化水平。

2.4.4故障诊断与分析系统：引入故障诊断与分析系统，对故障信息进行深入分析，为运维人员提供详细的故障诊断报告。故障诊断与分析系统能够帮助运维人员准确判断故障原因，有针对性地采取有效的修复措施，提高对电力电子变压器故障的处理效率。

2.4.5实时报警与处理系统：设计实时报警与处理系统，对电力电子变压器的异常情况进行实时监测和报警，同时提供相应的处理建议。实时报警与处理系统能够在故障发生时及时向监控中心发送报警信息，并提供相应的处理建议，使运维人员能够迅速做出响应。

结论：

总结本文的研究成果，强调提出的故障穿越策略在提高低压直流配电网可靠性方面的重要性，并提出了一系列具体策略。

参考文献：

[1]姜淞瀚,彭克,徐丙垠,等.直流配电系统示范工程现状与展望[J].电力自动化设备.2021,(5).

[2]胡鹏飞,朱乃璇,江道灼,等.柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望[J].电力系统自动化.2021,(8).