基于限流電感電壓的多端交直流混合配電網(wǎng)直流故障檢測(cè)研究

拉茸農(nóng)布

摘 要 本文就限流電電壓下的多段交直流混合配電網(wǎng)直流故障的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探究，通過對(duì)于多端交直流混合配電網(wǎng)的直流故障特性的分析為基礎(chǔ)，以線路、類型、故障極、閾值選取等方面進(jìn)行檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，以期推動(dòng)多端交直流混合配電網(wǎng)的保護(hù)。

關(guān)鍵詞 限流電感;交直流混合配電網(wǎng);直流故障

引言

直流故障具有電流上升速率快以及覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，隨著故障的多樣性以及故障檢測(cè)難度的加大，傳統(tǒng)的交流故障檢測(cè)方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今的故障檢測(cè)需要。因此，需要相關(guān)的從業(yè)人員開闊視野，融入技術(shù)的創(chuàng)新，利用直流線路單端限流電感電壓變化率檢測(cè)直流故障的方法實(shí)現(xiàn)故障的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。

1交直流混合配電網(wǎng)拓?fù)?/p>

為保證對(duì)于多端交直流故障特性的深入分析，需要強(qiáng)化對(duì)于非故障換流站影響的分析。多端直流混合配電網(wǎng)由于其分布廣泛，各部件聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，使得其在出現(xiàn)故障時(shí)，故障的波及面會(huì)滲透到系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，要對(duì)于故障線路進(jìn)行快速檢測(cè)，并對(duì)于故障類型進(jìn)行有效的分析，以此實(shí)現(xiàn)故障線路段的隔離以及非故障段的快速供電。例如：在三端輻射型混合配電網(wǎng)中，有換流站、交流系統(tǒng)、變壓器、直流線路、限流電感等組成，有交流與直流系統(tǒng)共同為系統(tǒng)提供電力支撐，并且采用電容中電式接地方式，通過直流線路實(shí)現(xiàn)換流站的互聯(lián)，因此任意換流站出現(xiàn)故障后，會(huì)利用剩余部分實(shí)現(xiàn)功率的交換，使系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，進(jìn)而提升系統(tǒng)的可靠性。

2交直流混合配電網(wǎng)直流故障特性分析

在進(jìn)行故障檢測(cè)方案的制定時(shí)，需要依靠系統(tǒng)故障的特性，調(diào)取特征值，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)方案的可靠性與針對(duì)性。需要對(duì)于單個(gè)換流站的直流故障特性進(jìn)行分析，為規(guī)避反并聯(lián)二極管在交流系統(tǒng)電流饋入階段開始時(shí)的電流負(fù)荷過大，而形成系統(tǒng)的損毀，需要在此之前進(jìn)行故障線路的斷開，并且對(duì)于故障的檢測(cè)要以電容放電階段為節(jié)點(diǎn)，在此之前完成檢測(cè)[1]。在單個(gè)換流站出現(xiàn)直流故障后，電容急速放電，直流電流以及限流電感隨之提升，進(jìn)而在很短的時(shí)間內(nèi)電流增加到峰值，因此可以據(jù)此來對(duì)于故障進(jìn)行檢測(cè)，即故障線路的電流電感大于非故障電路，借助與限流電感的電壓上升率的判斷方式具有一定的可行性。

3故障檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

（1）故障檢測(cè)。由以上分析，可知在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，電路的限流電感會(huì)在短期內(nèi)出現(xiàn)上升的現(xiàn)象，并且正常使用時(shí)，限流電感基本處于恒定情況。因此，可以利用限流電感是否超過既定閾值來進(jìn)行直流故障是否發(fā)生的判斷。例如：假設(shè)限流電感的正方向?yàn)槟妇€的指向線路，通過對(duì)于各限流電感以及預(yù)先設(shè)定的故障檢測(cè)閾值，進(jìn)行綜合運(yùn)算，進(jìn)而當(dāng)上一任的限流電感的故障檢測(cè)裝置檢測(cè)到其變化率超過既定閾值時(shí)，則為直流故障。

（2）故障線路分析。借助單端量進(jìn)行故障檢測(cè)的方式可以降低通信延遲的影響，在采用限流電感對(duì)于直流線路故障的判斷時(shí)，需要對(duì)于每條線路的限流電感的變化情況進(jìn)行識(shí)別，可以就這條線路的限流電感的變化率是否超過既定的閾值來進(jìn)行線路的判斷。例如：由于在出現(xiàn)線路故障后，故障線路的限流電感會(huì)出現(xiàn)急速的猛增，故障線路的電壓變化率會(huì)超過既定的故障線路識(shí)別閾值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障線路的快速識(shí)別，滿足相應(yīng)的識(shí)別要求。

（3）故障類型識(shí)別。在進(jìn)行有效的故障檢測(cè)以及故障線路的識(shí)別后，需要對(duì)于故障的類型進(jìn)行識(shí)別，直流線路的故障一般有極間短路故障以及單極接地故障，但由于出現(xiàn)上述兩種線路故障后，故障線路的限流感電壓的變化率不具有很強(qiáng)的差別性，因此其判斷的依據(jù)性不強(qiáng)。在極間短路故障中由于正負(fù)極限流電感處于電容放電回路中，導(dǎo)致其正負(fù)極線路的電壓變化率基本一致，但單機(jī)接地故障會(huì)形成較大的電壓變化率，因此，可以就這一特性進(jìn)行故障的判斷。

（4）故障極判斷。極間短路故障無須對(duì)于故障極進(jìn)行判定，單極接地故障則需要對(duì)故障極進(jìn)行判斷，在出現(xiàn)故障時(shí)，其限流電感電壓會(huì)出現(xiàn)較大變化。例如：當(dāng)正極線路限流電感電壓變化率的幅值與負(fù)極線路限流電感電壓變化率的幅值差值大于閾值時(shí)，判定為正極接地故障。當(dāng)二者的幅值差值為負(fù)，且小于閾值時(shí)，判定為負(fù)極接地故障。

（5）故障檢測(cè)閾值選取。故障檢測(cè)閾值的選取時(shí)為降低諧波以及噪聲的干擾，可以將先流電感最小電壓變化率的k倍作為故障檢測(cè)閾值;故障線路識(shí)別閾值的選取可以由極間短路故障以及單極接地故障在故障發(fā)生瞬間較小的故障線路限流電感電壓變化率的k倍作為故障識(shí)別的閾值;故障類型識(shí)別閾值可以選擇在單極接地故障出現(xiàn)后，故障線路限流電感最小變化率的k倍;故障極判斷閾值可以由正極接地故障時(shí)，負(fù)極的限流感電壓基本恒定，理論上正負(fù)極限流電感電壓變化率的差值即為故障極限流電感的電壓變化率，以故障類型作為參考進(jìn)行閾值的設(shè)定。

4故障檢測(cè)程序

在完成對(duì)于故障線路識(shí)別、類型判斷、限流感電壓變化率判斷、極判斷等步驟后，故障的檢測(cè)裝置會(huì)為系統(tǒng)的保護(hù)裝置發(fā)送跳閘信息，進(jìn)而為后續(xù)的操作提供必要的保護(hù)程序。通過依據(jù)故障線路正負(fù)極的限流電感電壓的變化率對(duì)于線路、類型、故障極的識(shí)別，進(jìn)而無須在線路之間進(jìn)行通信而形成對(duì)于故障的檢測(cè)。

5仿真驗(yàn)證

為保證檢測(cè)方案的可行性，需要依據(jù)MATLAB搭建三端輻射形交流混合配電網(wǎng)的模型，進(jìn)而檢測(cè)方案的可行性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并在驗(yàn)證的過程中，融入過渡電阻、故障距離、功率反轉(zhuǎn)等方面的因素對(duì)于方案的影響性進(jìn)行驗(yàn)證。通過對(duì)于以上方案進(jìn)行驗(yàn)證，可以看出限流電感的檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)于直流故障記性有效的檢測(cè)，為多端交直流混合配電網(wǎng)的保護(hù)提供了前提。

6結(jié)束語

綜上所述，為保證多端交直流故障檢測(cè)的有效性與快速性，需要通過對(duì)于直流故障特性進(jìn)行有效分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)電容放電階段的故障特性，以此發(fā)現(xiàn)非故障換流站的限流電感電壓變化率遠(yuǎn)小于故障換流站限流電感電壓變化率，并且不受系統(tǒng)功率反轉(zhuǎn)的影響，有效提升了檢測(cè)的精度，可以滿足工程的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟明，李寬，周曉蘭.多端交直流混合配電網(wǎng)的集中-分散控制策略[J].現(xiàn)代電力，2020，37（3）：317-324.