交直流互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)距離保護(hù)的影響分析及對(duì)策

費(fèi) 彬，黃少鋒，申洪明

（華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206）

0 引言

高壓直流輸電（HVDC）在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、非同步電網(wǎng)互聯(lián)等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[1]。對(duì)受端交流系統(tǒng)而言，直流輸電系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)快速動(dòng)態(tài)電源，而其對(duì)交流側(cè)故障十分敏感。交流側(cè)發(fā)生故障引發(fā)的暫態(tài)過(guò)程中，由于換流站電力電子器件的非線性及直流控制保護(hù)系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)，直流系統(tǒng)的等值交流電流、阻抗、功率等電氣量均會(huì)發(fā)生突變，從而造成此時(shí)的交流系統(tǒng)暫態(tài)特征與純交流系統(tǒng)大不相同[2-9]，這必然會(huì)對(duì)現(xiàn)有交流繼電保護(hù)的動(dòng)作行為帶來(lái)影響，嚴(yán)重時(shí)將引起交流保護(hù)的不正確動(dòng)作。因此，深入研究交直流互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)交流電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響具有重要意義。

目前交直流混合輸電系統(tǒng)的格局已在華東、華中、華南電網(wǎng)中形成，為了保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)內(nèi)華南理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等科研單位對(duì)上述問(wèn)題展開了研究并已取得卓有成效的成果。文獻(xiàn)[7]分析了交直流互聯(lián)系統(tǒng)中突變量選相元件的動(dòng)作行為；文獻(xiàn)[10]分析了直流系統(tǒng)等值電流作用于過(guò)渡電阻而造成測(cè)量電抗的變化，會(huì)造成距離保護(hù)的不正確動(dòng)作；文獻(xiàn)[11]對(duì)直流饋入運(yùn)行環(huán)境下輸電線路電流差動(dòng)保護(hù)故障分量判據(jù)和穩(wěn)態(tài)量判據(jù)的動(dòng)作特性進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)[12-14]通過(guò)建立直流系統(tǒng)等值工頻變化量阻抗模型，分析了直流換相失敗對(duì)工頻變化量方向保護(hù)動(dòng)作特性的影響。

在單端電氣量的保護(hù)中，距離保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)突出，已成為高電壓等級(jí)線路保護(hù)的典型配置之一。本文著重分析了距離保護(hù)在交直流環(huán)境下的運(yùn)行特點(diǎn)：首先對(duì)傳統(tǒng)交直流互聯(lián)電網(wǎng)模型進(jìn)行了分析改進(jìn)，詳細(xì)討論了疊加原理在交直流互聯(lián)系統(tǒng)中的適用性；并對(duì)交直流互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了故障分析，同時(shí)指出了交直流互聯(lián)電網(wǎng)中零序電流的來(lái)源和分布特點(diǎn)。然后基于距離保護(hù)接線方式，研究了直流饋入對(duì)距離保護(hù)的影響，并提出了增加零序方向元件判別故障方向等解決措施。最后，利用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真程序驗(yàn)證了分析結(jié)論的正確性。

1 交直流互聯(lián)系統(tǒng)的分析模型

1.1 傳統(tǒng)交直流互聯(lián)電網(wǎng)的分析模型

傳統(tǒng)的交直流互聯(lián)系統(tǒng)模型等效電路如圖1所示，圖1虛線框內(nèi)包含了所要討論的等值直流系統(tǒng)主要組成部分，包括逆變器、換流變壓器、無(wú)功補(bǔ)償裝置及濾波器等。其中idc為逆變器交流側(cè)等值電流；icap為流過(guò)交流濾波器及無(wú)功補(bǔ)償裝置的等效阻抗ZC的電流；idceq為整個(gè)等值直流系統(tǒng)注入交流系統(tǒng)的等值電流；ubus為交流母線電壓。

圖1 交直流互聯(lián)系統(tǒng)等效圖Fig.1 Equivalent diagram of AC-DC interconnected system

事實(shí)上，交流側(cè)濾波器除了具有濾除諧波的作用以外，同時(shí)具備無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩５ㄟ^(guò)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)于工頻量而言，濾波器組所呈現(xiàn)的阻抗主要為容性，電阻分量相對(duì)而言很小，可以忽略，因此可以將濾波器與電容器組等無(wú)功補(bǔ)償裝置結(jié)合在一起，僅以電容ZC來(lái)表示，如圖1所示。

對(duì)于逆變器而言，外部交流母線電壓的幅值及過(guò)零點(diǎn)變化會(huì)引起逆變側(cè)直流電壓的變化，從而造成直流電流發(fā)生變化。雖然在控制系統(tǒng)的作用下直流電流趨于保持恒定，但控制系統(tǒng)總是存在時(shí)延性，因此瞬時(shí)的直流電流增大不可避免。另外，在嚴(yán)重情況下交流側(cè)故障引起交流母線的較大波動(dòng)，將引發(fā)換相失敗，此時(shí)直流電流的波動(dòng)更大，且各個(gè)閥的導(dǎo)通情況也隨之改變，此時(shí)注入交流系統(tǒng)的電流也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，將直流系統(tǒng)等值為一個(gè)壓控電流源是合理的[9]，不妨記作 idc=f（ubus），見圖1。由于直流系統(tǒng)包含了非線性的電力電子器件以及直流控制系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)，該受控源的表達(dá)式不易得到，目前主要由仿真獲得。另外，現(xiàn)有的文獻(xiàn)通常將idceq作為研究的重點(diǎn)，即無(wú)功補(bǔ)償及濾波支路作為等值直流系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，然后基于數(shù)字仿真獲得idceq的暫態(tài)特性后分析對(duì)繼電保護(hù)的影響。

1.2 改進(jìn)的交直流互聯(lián)系統(tǒng)模型

從時(shí)間尺度上，目前的繼電保護(hù)原理均建立在傅氏算法的基礎(chǔ)上，而傅氏算法是對(duì)單一數(shù)據(jù)窗內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。雖然整體而言，直流系統(tǒng)注入交流側(cè)的電流是時(shí)變的，并且與交流母線電壓ubus之間存在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程[6]，但對(duì)于某個(gè)給定的時(shí)間斷面而言，該時(shí)間段內(nèi)的注入電流是一定的，根據(jù)電路的替代定理，可將其用一個(gè)注入電流源代替。由于換流器的非線性以及直流控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，此時(shí)的注入電流成分較為復(fù)雜，但總可以分解為基波、非周期分量以及各次諧波之和。僅就其中的工頻量進(jìn)行分析，則可以將其視為一個(gè)等值工頻電流源。當(dāng)數(shù)據(jù)窗移動(dòng)到下一時(shí)刻時(shí)，上述分析仍然成立。

此外，由于換流變壓器接線方式的原因，故障時(shí)其閥側(cè)不會(huì)有零序電流流通，而無(wú)功補(bǔ)償及濾波支路則可以為零序電流提供通路，基于上述原因，同時(shí)考慮到無(wú)功補(bǔ)償及濾波支路的工頻阻抗是確定可計(jì)算的，可將其作為交流系統(tǒng)的1條支路來(lái)進(jìn)行分析，不再劃歸為等值直流系統(tǒng)的一部分，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)的交直流互聯(lián)系統(tǒng)模型Fig.2 Improved model of AC-DC interconnected system

1.3 交直流互聯(lián)系統(tǒng)的故障網(wǎng)絡(luò)疊加

通過(guò)圖2改進(jìn)的分析模型可知，此時(shí)的模型顯然滿足疊加定理。在交流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，交直流互聯(lián)系統(tǒng)相對(duì)于純交流系統(tǒng)的故障特征主要表現(xiàn)在：對(duì)于純交流系統(tǒng)而言，三相電源可視作恒定且對(duì)稱的，而交直流互聯(lián)系統(tǒng)中的直流等效電源在故障發(fā)生至恢復(fù)的暫態(tài)過(guò)程中是時(shí)變不對(duì)稱的，從而表征出類似于故障點(diǎn)的特性，因此整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出復(fù)故障的特征。本文將交流系統(tǒng)側(cè)的短路點(diǎn)稱為交流故障源，而故障后的直流系統(tǒng)稱為直流故障源。對(duì)此可將直流電源分解為2個(gè)部分，即idc=idc0+Δidc，idc0為正常穩(wěn)態(tài)時(shí)的注入電流，Δidc為直流故障擾動(dòng)，如圖3所示。如前所述，Δidc中勢(shì)必包含了非周期分量以及諧波分量，但考慮到現(xiàn)有保護(hù)均是基于工頻量，因此下文僅就工頻量（以相量表示）進(jìn)行分析推導(dǎo)。

圖3 疊加電路圖Fig.3 Superposition circuit diagrams

圖3（a）在故障前后兩側(cè)電源都是恒定且三相對(duì)稱的，僅存在交流側(cè)故障源，與傳統(tǒng)純交流系統(tǒng)類似，因而仍然可以采用序分量法進(jìn)行分析。對(duì)于圖3（b），僅存在直流故障源，由于此時(shí)三相電路的參數(shù)并不對(duì)稱（包括電源以及故障點(diǎn)的參數(shù)），因此，序分量法不再適用。

2 換相失敗對(duì)距離保護(hù)的影響

2.1 故障分析

直流饋入對(duì)距離保護(hù)的影響主要在于直流系統(tǒng)等值工頻電流作用于過(guò)渡電阻而造成的測(cè)量阻抗變化[10]，考慮到相間距離繼電器幾乎不受過(guò)渡電阻的影響，因此本文主要分析接地阻抗距離繼電器。下面以單相接地故障為例，分析直流饋入環(huán)境下的各個(gè)保護(hù)測(cè)量電氣量。對(duì)圖3（a）分析時(shí)，相當(dāng)于僅考慮了交流故障源，此時(shí)的各序網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

注意到換流變壓器的網(wǎng)側(cè)為Y型接地接法，而閥側(cè)為△型或Y型接法，因此零序網(wǎng)絡(luò)中包含了換流變壓器的零序阻抗，如圖4（c）所示。

利用序分量法計(jì)算，可得故障點(diǎn)的各序電流為：

圖4 序網(wǎng)圖Fig.4 Sequence-network diagrams

顯然，故障點(diǎn)電流Ikac=3Ik0。

保護(hù)安裝處的各序電流為：

其中，ZLM1、ZLM0分別為短路點(diǎn)k到M側(cè)的正序、零序阻抗；ZLN1、ZLN0分別為短路點(diǎn)k到N側(cè)的正序、零序阻抗；ZSM1、ZSM0分別為M側(cè)交流系統(tǒng)的正序、零序阻抗；ZSN1、ZSN0分別為N側(cè)交流系統(tǒng)的正序、零序阻抗；CM1、CM0分別為M側(cè)的正序、零序電流分配系數(shù)；ZC為交流濾波器及無(wú)功補(bǔ)償裝置的等效阻抗。

由此可得保護(hù)安裝處的測(cè)量電流為：

對(duì)于圖3（b），只考慮了直流系統(tǒng)故障源，由于三相系統(tǒng)參數(shù)不對(duì)稱，因此需要在abc坐標(biāo)中計(jì)算，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，僅考慮故障相，可得保護(hù)安裝處及故障點(diǎn)的電流為：

其中，ΔIdc為直流系統(tǒng)引起的故障擾動(dòng)分量；CMDC為僅在直流故障源作用下M側(cè)的電流分配系數(shù)；CkDC為故障支路的電流分配系數(shù)；IMDC為此時(shí)M側(cè)的測(cè)量電流；IkDC為此時(shí)流過(guò)故障支路的電流。

值得指出的是，對(duì)于工程中常用的雙橋12脈動(dòng)逆變器，由于其換流變壓器的網(wǎng)側(cè)為Y型接地，閥側(cè)為Y型不接地或者△型，因此無(wú)論交流系統(tǒng)是否發(fā)生接地故障，直流系統(tǒng)的等效故障源均不會(huì)向交流系統(tǒng)注入零序電量，因此式（2）中的零序電流即為保護(hù)安裝處所流過(guò)的全部零序分量。

綜上所述，對(duì)應(yīng)于接地阻抗距離繼電器的接線方式，可得：

其中，c 為本線路的零序補(bǔ)償系數(shù)，c=（Z0-Z1）/Z1，Z0、Z1分別為線路單位長(zhǎng)度的零序及正序阻抗。

而短路點(diǎn)的故障電流為：

2.2 直流饋入對(duì)距離保護(hù)的影響

直流饋入對(duì)距離保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在直流系統(tǒng)等值電流作用于過(guò)渡電阻時(shí)所引起的測(cè)量阻抗附加項(xiàng)[10，15]：

由2.1節(jié)的分析得到了相應(yīng)的Ik、IM及IM0的表達(dá)式，因此可以分析Za在不同系統(tǒng)運(yùn)行條件下的性質(zhì)：

為了分析方便，記 X=Ik0、Y=ΔIdc，以 Ik0為相位基準(zhǔn)，討論上式中（AX+BY）/（CX+DY）的情況。

分析中將 A、C 近似視為常數(shù)，B／D=（ZLN+ZSN）÷（ZLN+ZSN+Rg），因而BY的幅值比 DY小，且相位超前于DY一定角度。由于Ik0與ΔIdc的相位關(guān)系不確定，因此對(duì)其需進(jìn)行全面的討論，但總體可以分為下面3種情形（以Ik0作為坐標(biāo)平面的橫軸）。

a.BY、DY同位于坐標(biāo)平面的上半平面。

由圖5可知，AX+BY與CX+DY之間的相位關(guān)系取決于A與C的相對(duì)大小。當(dāng)A＞C時(shí)，AX+BY滯后于CX+DY，即此時(shí)的測(cè)量阻抗附加項(xiàng)Za呈阻容性；當(dāng)A＜C時(shí)，AX+BY的相位隨著C的增加而逐漸由滯后轉(zhuǎn)為超前，當(dāng)C＞C′時(shí)，AX+BY將超前于CX+DY，所以Za逐漸由阻容性轉(zhuǎn)變?yōu)樽韪行浴?/p>

圖5 情形1下電氣量之間的相位關(guān)系Fig.5 Phasor relation among electrical variables in case 1

b.BY、DY同位于坐標(biāo)平面的下半平面。

由圖6可知，AX+BY與CX+DY之間的相位關(guān)系仍取決于A與C的相對(duì)大小。當(dāng)A＞C時(shí)，AX+BY超前于CX+DY，即此時(shí)的測(cè)量阻抗附加項(xiàng)Za呈阻感性；當(dāng)A＜C時(shí)，AX+BY的相位隨著C的增加而逐漸由超前轉(zhuǎn)為滯后，當(dāng)C＞C′時(shí)，AX+BY將滯后于CX+DY，即Za逐漸由阻感性轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞菪浴?/p>

圖6 情形2下電氣量之間的相位關(guān)系Fig.6 Phasor relation among electrical variables in case 2

c.BY、DY分別位于坐標(biāo)平面的上、下半平面。

由圖7可知，AX+BY與CX+DY之間的相位關(guān)系不再取決于A與C的相對(duì)大小，而僅由BY和DY的相位決定。當(dāng)BY位于上半平面而DY位于下半平面時(shí)，AX+BY超前于CX+DY，Za呈阻感性；反之則 AX+BY滯后于 CX+DY，Za呈阻容性，如圖7（b）所示。

圖7 情形3下電氣量之間的相位關(guān)系Fig.7 Phasor relation among electrical variables in case 3

值得指出的是，由于直流自身控制保護(hù)系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)，直流擾動(dòng)量ΔIdc處于不斷變化之中，因此ΔIdc與Ik0之間的相角差隨著數(shù)據(jù)窗移動(dòng)是不斷變化的，會(huì)導(dǎo)致BY、DY的相位關(guān)系出現(xiàn)不同的情形。而對(duì)于不同故障位置、不同嚴(yán)重程度的故障，它們之間的相位關(guān)系也不一樣，導(dǎo)致測(cè)量阻抗附加項(xiàng)可能呈阻感性或阻容性，這就與純交流系統(tǒng)中阻抗附加項(xiàng)主要取決于兩側(cè)系統(tǒng)功角而呈現(xiàn)單一的性質(zhì)有所不同。對(duì)于N側(cè)的分析與此類似，限于篇幅，不再贅述。

2.3 影響分析及對(duì)策

綜上分析可知，交直流互聯(lián)系統(tǒng)的測(cè)量阻抗可能呈現(xiàn)感性，也可能呈現(xiàn)容性。對(duì)于保護(hù)而言，需要考慮極端情況。

情況1：保護(hù)出口故障時(shí)Za呈現(xiàn)容性，使得實(shí)際的測(cè)量電抗很小甚至小于0，表征出反方向的故障特征，進(jìn)而造成保護(hù)拒動(dòng)。

情況2：對(duì)于保護(hù)范圍末端故障，由于Za呈現(xiàn)感性，使得實(shí)際測(cè)量電抗大于整定值，超出Ⅰ段保護(hù)范圍而由本側(cè)Ⅱ段動(dòng)作，造成保護(hù)動(dòng)作延時(shí)。

值得指出的是，對(duì)于情況2，當(dāng)保護(hù)范圍末端故障時(shí)是可以允許延時(shí)動(dòng)作的，所以對(duì)保護(hù)的影響并不大。

為了提高距離保護(hù)的動(dòng)作性能，通常采用能容許較大過(guò)渡電阻而不至于拒動(dòng)的測(cè)量元件動(dòng)作特性作為主要措施[16]，如采用四邊形特性等，但在某些極端工況下仍具有其局限性。對(duì)于上述情況1，顯然希望M側(cè)保護(hù)的阻抗元件能夠區(qū)分故障方向，防止保護(hù)拒動(dòng)。由2.1節(jié)分析可知，對(duì)受端交流系統(tǒng)而言，零序電流的分布與直流系統(tǒng)無(wú)關(guān)，即零序網(wǎng)絡(luò)不包含背后直流系統(tǒng)而與純交流系統(tǒng)類似。因此，在保護(hù)安裝處背后系統(tǒng)阻抗呈感性的情況下，可采用零序方向元件來(lái)區(qū)分故障方向，同時(shí)在正方向故障時(shí)不會(huì)對(duì)保護(hù)帶來(lái)影響，具體判別過(guò)程如圖8所示。圖中，Xm為保護(hù)安裝處的測(cè)量電抗；Xset為整定電抗；Um0、Im0分別為保護(hù)安裝處測(cè)得的零序電壓、零序電流。

圖8 防拒動(dòng)措施Fig.8 Measure against refuse-to-act

3 仿真驗(yàn)證

3.1 模型說(shuō)明

本文所用仿真模型如圖9所示，圖中直流系統(tǒng)采用國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議CIGRE的HVDC標(biāo)準(zhǔn)模型，受端交流系統(tǒng)為雙電源系統(tǒng)，M側(cè)、N側(cè)系統(tǒng)短路容量分別為 SM=4.0 p.u.、SN=2.5 p.u.。線路 MN全長(zhǎng)為100 km，參數(shù)為：r1=2.5×10-5Ω/m，x1=3×10-4Ω/m；r0=7.5×10-5Ω/m，x0=9×10-4Ω/m。 交流濾波器及無(wú)功補(bǔ)償裝置的等效工頻阻抗ZC=1.9-j84.4ω，換流變壓器的零序阻抗ZT0=j16ω。采樣頻率為4000 Hz，所有故障均設(shè)置在0.5 s發(fā)生，持續(xù)時(shí)間為0.1 s。

圖9 PSCAD仿真模型Fig.9 PSCAD-based simulation model

3.2 仿真分析

3.2.1 遠(yuǎn)端故障時(shí)的仿真結(jié)果

圖10是在線路距M側(cè)60 km處發(fā)生A相經(jīng)30ω過(guò)渡電阻接地（記為故障1）時(shí)的仿真結(jié)果。其中圖10（a）為以Ik0為相位基準(zhǔn)時(shí)的ΔIdc的相位，圖10（b）為對(duì)應(yīng)的測(cè)量阻抗附加項(xiàng)中的電抗部分，可以看到其隨著數(shù)據(jù)窗的移動(dòng)時(shí)刻變化。為方便分析，表1中給出了根據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)于式（9）中的系數(shù) B、D。 由圖10（a）可知，ΔIdc滯后 Ik090°以上，因而此時(shí)的BY、DY應(yīng)都位于坐標(biāo)軸的下半平面。由2.2節(jié)的分析可知，測(cè)量阻抗的附加項(xiàng)呈感性，如圖10（b）所示。這將造成測(cè)量阻抗偏大，當(dāng)故障處于距離保護(hù)Ⅰ段范圍末端時(shí)可能超出保護(hù)范圍而由Ⅱ段動(dòng)作，造成保護(hù)的延時(shí)動(dòng)作。

圖10 距M側(cè)60 km處故障的仿真結(jié)果Fig.10 Simulative results for fault at 60 km from M-side

表1 不同故障情形下的比例系數(shù)Table 1 Coefficients for different faults

3.2.2 零序電流的特性分析

圖11為該故障情形下?lián)Q流變壓器兩側(cè)的零序電流標(biāo)幺值分布。圖11（a）為Y/Y0換流變壓器兩側(cè)的零序電流分布，圖11（b）為△/Y0換流變壓器兩側(cè)的零序電流分布。由圖11可以看出，無(wú)論是何種接線的變壓器，其閥側(cè)零序電流幾乎為0，因此零序網(wǎng)絡(luò)不包括背后的直流系統(tǒng)，即直流饋入不會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)中零序電流的分布。 此外，對(duì)比圖11（a）、（b）可知，Y/Y0換流變的網(wǎng)側(cè)零序電流相對(duì)于△/Y0換流變小很多，這是由于前者的零序阻抗主要取決于勵(lì)磁支路，因而其零序阻抗遠(yuǎn)大于△/Y0換流變，所以分流較小。

圖11 零序電流分布圖Fig.11 Distribution of zero-sequence current

為了進(jìn)一步地驗(yàn)證直流擾動(dòng)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中零序電流的分布和大小，圖12中考慮了純交流系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況，圖中電流為標(biāo)幺值。對(duì)于無(wú)直流系統(tǒng)的情況，通過(guò)改變兩側(cè)交流系統(tǒng)的功角使線路上傳輸?shù)墓β逝c含直流系統(tǒng)時(shí)相當(dāng)。由圖12可知，在2種情況下發(fā)生相同故障，保護(hù)安裝處的零序電流變化幾乎相同，從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了，交流側(cè)故障是零序電流的主要來(lái)源。

圖12 直流饋入對(duì)零序電流的影響Fig.12 Impact of DC feed-in on zero-sequence current

3.2.3 近端故障時(shí)的仿真結(jié)果

圖13是在線路距離M側(cè)5 km處發(fā)生A相經(jīng)75ω過(guò)渡電阻接地（記為故障2）時(shí)的仿真結(jié)果。此時(shí)的系數(shù)B、D如表1所示。結(jié)合圖13（a）分析可知，BY、DY都將位于坐標(biāo)軸的上半平面，因而測(cè)量阻抗附加項(xiàng)Za應(yīng)呈容性，如圖13（b）所示。對(duì)于M端距離保護(hù)而言，Za呈容性將使得保護(hù)安裝處感受到的電抗值減小，對(duì)于欠量動(dòng)作的距離保護(hù)而言有利于其正確動(dòng)作；但對(duì)于保護(hù)出口附近的故障，有可能使得保護(hù)感受到的阻抗也為容性，即類似于反方向故障的特征，引起保護(hù)的拒動(dòng)。

圖13 距M側(cè)5 km處故障的仿真結(jié)果Fig.13 Simulative results for fault at 5 km from M-side

3.3 防范措施的仿真

圖14表示的是零序方向元件的判別結(jié)果，其中圖14（a）為正方向 k 處故障，圖14（b）為反方向 k′處故障，其他故障條件與圖13相同。由圖14可知，零序方向元件能夠準(zhǔn)確判斷故障方向，結(jié)合阻抗元件的判別結(jié)果即可保證距離保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)。

圖14 零序方向元件仿真結(jié)果Fig.14 Simulative results of zero-sequence directional element

綜上分析可知，交流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，由于直流系統(tǒng)注入交流側(cè)的電流發(fā)生劇烈的變化，使得保護(hù)安裝處的測(cè)量阻抗在故障發(fā)生至恢復(fù)的暫態(tài)過(guò)程中不能得到準(zhǔn)確的測(cè)量，可能會(huì)導(dǎo)致保護(hù)不正確動(dòng)作或延時(shí)動(dòng)作。此外，對(duì)于M側(cè)保護(hù)而言，測(cè)量阻抗附加項(xiàng)呈現(xiàn)阻容性或阻感性與很多因素有關(guān)，相較于純交流系統(tǒng)僅取決于保護(hù)安裝在送點(diǎn)側(cè)或受電側(cè)并呈現(xiàn)單一的性質(zhì)有所不同。

4 結(jié)論

a.對(duì)傳統(tǒng)交直流互聯(lián)系統(tǒng)模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析和改進(jìn)，使改進(jìn)后的模型適用于疊加定理。

b.交流系統(tǒng)故障是引起零序電流的主要原因，直流等值系統(tǒng)并不會(huì)向交流側(cè)注入零序電流，也不會(huì)影響到零序電流的分布。

c.測(cè)量阻抗附加項(xiàng)隨著直流等值故障電流的變化而變化，即隨著數(shù)據(jù)窗的移動(dòng)而時(shí)刻變化。不同嚴(yán)重程度的故障情況引起的附加阻抗性質(zhì)不同，可能呈感性或容性，由此可能引起保護(hù)的拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作。針對(duì)保護(hù)出口附近故障可能引起的拒動(dòng)，提出的增加零序功率方向判別的措施可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。