直流系统故障监测的理论及应用研究

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1、大连理工大学博士学位论文摘要直流操作电源系统(简称直流系统，DOsystem)是电力系统中断路器电磁机构、继电保护装置、信号装置、照明装置等重要负载的不停电供电电源，其供电的可靠性直接影响发电厂和变电站的安全运行。随着电力系统容量的日益增大和电网电压运行等级的不断提高，对直流系统的可靠性提出了更高的要求。本文主要对直流系统的蓄电池故障预测、接地故障监测、蓄电池运行参数在线监测以及蓄电池的并网放电进行了比较深入的研究。蓄电池作为直流系统交流停电时的后备电源，其非正常失效严重影响了直流系统的安全运行。本文在对现有灰色预测模型进行深入研究的基础上，提

2、出了一种以蓄电池容量为特征量的基于遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)的蓄电池故障灰色预测改进模型，进而为判断蓄电池是否存在故障提供依据，避免了传统的容量试验带来的弊端。该方法可实现蓄电池故障的早期预测，减少传统的电池容量放电试验次数，从而延长蓄电池的使用寿命。预测实例表明，本文提出的基于遗传算法的蓄电池故障灰色预测改进模型比传统的GM(1，1)预测模型具有更高的模型精度，能够满足工程需要。现场运行表明，直流系统接地故障的发生率一直排在电气故障率的首位，它对电力系统的安全运行带来十分严重的潜在危害。通常直流系统的绝缘情况主要是通过

3、对称电桥的不平衡程度来反映的，但当正负母线绝缘均按同等比例下降时这种方法就会失效。本文采用了一种常态下利用双不对称电桥实时监测直流系统绝缘的方法，解决了上述问题。目前广泛使用的低频信号注入法容易受到直流系统支路中存在的对地分布电容的影响。为解决这一问题，本文在低频信号注入法的基础上提出了双变频测量法。目前所采用的集中式绝缘监测系统现场布线多，施工复杂，易受干扰，可靠性难以保证。本研究提出了基于现场总线的分布式接地监测系统方案，详细介绍了该系统的实现方法、系统结构以及系统功能。实际运行表明该系统可靠性高，布线少，配置灵活，测量精度高，支路接地故障

4、定位的准确率高以及抗干扰能力强。直流系统的后备电源一般采用蓄电池，为保证其供电的可靠性，必须对蓄电池运行参数进行全面的在线监测。其中单体电池电压和容量在线测量是其中的重点和难点。针对单体电池电压在线测量，提出了基于耐高共模电压差分放大器的检测方法；针对单体电池容量在线测量，提出了交流测量法，并对相移的检测做了新的改进；考虑到当前集中监测方式的缺点，提出了基于现场总线结构的直流系统蓄电池运行参数的分布式监测方法，并详细介绍了系统硬件和软件设计。直流系统故障监测的理论及应用研究在蓄电池使用和维护过程中，为了活化蓄电池和测量蓄电池的容量，必须定期对蓄

5、电池进行放电实验。本文提出并实现了一种新型的蓄电池并网放电方法，完全克服了常规方法的缺点。该方法采用了移相控制全桥零电压开关PWM变换、高频SPWM逆变及混合型模糊PID控制算法等数项新技术，实现了蓄电池的恒流放电，既能精确计算蓄电池的容量，又能将蓄电池释放的能量以正弦波电流回馈给电网，从而减少能源消耗，改善工作环境。实验结果表明，该方法具有输出功率因数高、对电网谐波污染小以及恒流放电精度高等优点，非常适合于220V或110V直流系统蓄电池的放电试验。关键词；直流系统I灰色预测；双变频测置法；交流测量法；并网放电大连理工大学博士学位论文Abst

6、ractneDCoperationpowersupplysystem(Desystem)providesuninterruptedelectricalSOUI"Ceforsuchimportantfacilitiesaselectromagneticactuatorofcircuitbreakers，relayprotectingdevices，signaldCviCes，fightingdevices,etc．，anditsreliabilityhasadirectinfluenceOIlthesafeoperationsofpowerpla

7、ntsandsubstations．BetterreliabilityofDCsystemisrequired谢ththegrowingcapacityofpowersystemandthehigherdegreeof鲥dvoltage．Somein-depthinvestigationsaboutthebatteryfailureforecasting，thegroundfaultmonitoring,theoperationparametersofbatteryonlinemonitoringandthebatterygrid-connec

8、teddischargingofDCsystemarecarriedoutinthispaper．。n抢abnormalfailureofbatter