【含IIDG小电阻接地配电网复故障建模与分析方法综述4400字】

含IIDG小电阻接地配电网复故障建模与分析方法综述目录TOC\o"1-3"\h\u6678含IIDG小电阻接地配电网复故障建模与分析方法综述 [123]，建立复故障分析的复合序网，直观地展现复故障间的内在联系，从而建立含IIDG小电阻接地系统复故障网络分析模型。此外，由于接地故障的出现概率远高于其他故障类型，考虑到复故障的一般性，本节首先对同一母线的两条馈线发生接地故障进行详细的故障分析，再扩展至多条馈线、多个故障点、多IIDG和多故障类型的情况，最终推导复故障计算方法的通用形式。对于单相接地故障和两相断线故障，复合序网中各序网故障端口的理想变压器连接方式为串联，且电流相等、电压之和为零，故称为串联型故障，即S-type故障；而对于两相接地故障和单相断线故障，复合序网中各序网故障端口的理想变压器连接方式则为并联，且电压相等、电流之和为零，故称为并联型故障，即P-type故障；类似地，同时存在S-type故障和P-type故障，则称为混合故障，即Hybrid-type故障；另外，相间短路故障可以看作是一种特殊的并联故障，理想变压器仅连接正序网络和负序网络，不存在零序网络，故称为特殊并联型故障。进一步，根据故障端口的连接方式，本文将复故障分为：SS-type故障（两回线均为串联型故障）、PP-type故障（两回线均为并联型故障）、Hybrid-type故障（一回线为串联型故障，另一回线并联型故障）和通用型复故障。根据不同馈线的故障相，复故障又可分为：同相故障和异相故障；若将A相设为基准相，各序网在不同故障相（特殊相）下的理想变压器变比如表2-1所示，其中，g为接地故障，d为断线故障，r为变换算子且等于ej120°。表2-1不同故障相下各序网的理想变压器变比故障类型特殊相/相正序负序零序A-g,BC-g,BC,A-d,BC-dA111B-g,AC-g,AC,B-d,AC-dBr2r1C-g,AB-g,AB,C-d,AB-dCrr21图2-4为一含IIDG的10kV小电阻接地配电网，其中，系统母线通过曲折变压器经小电阻接地，T1为主变压器，ZT0为曲折变压器，R0为中性点接地小电阻，各IIDG灵活接入于各馈线中，IIDGi表示该馈线接入的第i个IIDG（），f1和f2为不同的故障位置。图2-4含IIDG10kV小电阻接地配电网1.1SS-type故障建模与分析假设图2-4所示的含IIDG的小电阻接地系统两回馈线发生SS-type故障，即在馈线L1上f1点发生B相接地故障，同时在馈线L2上f2点发生C相接地故障，其中，考虑到IIDG的灵活接入对电网的影响，故障点f1位于IIDG1的下游，而f2位于IIDG2的上游。利用对称分量法和多故障端口网络，并根据表2-1的理想变压器变比，各序网的各故障端口分别通过理想变压器的串联连接方式可得复故障的复合序网，如图2-5和图2-6所示，对于不含IIDG接入的非故障馈线LM，如图2-4所示的馈线LM，其序网与含IIDG接入的非故障馈线Li类似，只需断开IIDGi与电网的连接即可，这里不再重复。图2-5含IIDG小电阻接地配电网的SS-type故障复合序网图2-6SS-type故障复合序网的简化多端口表示图2-5中，If1、If2、Uf1和Uf2分别是故障点（f1和f2）的电流和电压；IL1、IL2和ILi分别为故障馈线和非故障馈线的母线出口处的电流。IDG1,F、IDG2,F和IDGi,nF分别为IIDG1、IIDG2和IIDGi提供的故障电流，其中，IIDGi位于非故障馈线中；IIDG在故障时等效为一个由UPCC,F(1)控制的非线性压控电流源。ZS为等效系统阻抗；ZL1、ZL1_1、ZL1_2和ZD1分别为馈线L1中f1上游、PCC1上游、PCC1至f1以及f1下游的线路阻抗，其中，ZL1=ZL1_1+ZL1_2；ZL2、ZD2_1、ZD2_2和ZD2分别是馈线L2中f2上游、PCC2至f2、PCC2下游以及在f2下游的线路阻抗，其中，ZD2=ZD2_1+ZD2_2；ZLi_1和ZLi_2分别为含IIDGi接入的非故障馈线中PCCi上游和下游的线路阻抗，其中，该馈线的总线路阻抗为ZLi=ZLi_1+ZLi_2；当某一台IIDG断开与非故障馈线的连接或运行于孤岛模式时，IDGi,nF为零，即与不含IIDG接入的非故障情况相同。Rf1和Rf2是f1和f2处的故障电阻；箭头表示参考电流方向；该图中与电压、电流和阻抗有关的故障量均为复数向量。由图2-5和图2-6可见，SS-type故障的各序网故障端口是通过理想变压器串联而成，根据基尔霍夫定律，理想变压器侧的各序网故障端口电流相等、电压之和为零。因此，计及理想变压器的变比，根据理想变压器两侧的电压和电流关系即可建立回路电流方程： (2-7)则理想变压器侧故障边界条件方程为： (2-8)因此，当两回馈线发生SS-type故障时，根据式（2-7）和（2-8），可确定母线出口处的正序、负序网的馈线电流以及各故障点的零序电流和电压，进而可计算小电阻接地配电网中各节点电压和支路电流。特别地，在SS-type故障条件下，由式（2-7）可知，故障馈线和非故障馈线中不同的IIDG接入位置与容量都将影响回路电流方程中与IIDG故障电流相关的阻抗项；由式（2-8）可知，故障边界条件方程将受到故障馈线中IIDG容量大小影响，但是，故障点上游IIDG的接入位置将不会影响故障边界条件方程，故障点下游IIDG的不同接入位置将影响其与IIDG故障电流相关的阻抗项，上述方程与非故障馈线中的IIDG无关。因此，IIDG接入小电阻接地配电网将深刻改变其复故障机理及故障特性。1.2PP-type故障建模与分析若图2-4所示的小电阻接地配电网发生PP-type故障，其中，AC和AB两相接地故障分别位于馈线L1上f1点和馈线L2上f2点。类似地，利用对称分量法和多故障端口网络，各序网的各故障端口分别通过理想变压器的并联连接方式可得复故障的复合序网，其基于理想变压器的简化多端口表示，如图2-7。图2-7PP-type故障复合序网的简化多端口表示根据基尔霍夫定律，理想变压器侧的各序网故障端口电压相等、电流之和为零。同样地，根据图2-5和图2-7，基于理想变压器两侧的电压和电流关系即可给出如下回路电流方程： (2-9)则理想变压器侧故障边界条件方程为： (2-10)因此，当两回馈线发生PP-type故障时，根据式（2-9）和（2-10），仍然可得到上述关于电流和电压的未知量，最终也可确定小电阻接地配电网中各节点电压和支路电流。特别地，由式（2-9）和（2-10）可知，在PP-type故障条件下，回路电流方程将受到故障馈线中故障点上游IIDG和非故障馈线中IIDG的接入位置与容量影响，这与SS-type故障一致，然而，故障馈线中故障点下游IIDG不决定该方程；同时，IIDG对故障边界条件方程的影响与SS-type故障一致。因此，这一方面说明了IIDG灵活接入小电阻接地配电网导致其复故障特征不同，另一外面，IIDG的灵活性对不同故障情况的影响程度不一，存在较大差异。1.3Hybrid-type故障建模与分析在不失一般性的前提下，假设图2-4所示的小电阻接地配电网的两回馈线同时存在Hybrid-type故障，其中，馈线L1上f1点和馈线L2上f2点分别发生B相接地故障和AB两相接地故障。因此，根据理想变压器的串联或并联连接方式可得Hybrid-type故障的复合序网，其基于理想变压器的简化多端口表示，如图2-8所示。图2-8Hybrid-type故障复合序网的简化多端口表示类似于式（2-7）至式（2-10），故障点f1的各序网故障端口是通过理想变压器串联而成，故障点f2的各序网故障端口是通过理想变压器并联而成。基于理想变压器的不同串、并联连接方式，可建立图2-8所示的Hybrid-type故障复合序网的回路电流方程： (2-11)其理想变压器侧故障边界条件方程为： (2-12)因此，利用式（2-11）和式（2-12）可得到两回馈线发生Hybrid-type故障时，各节点电压和支路电流分布情况。由于Hybrid-type故障的上述方程与上节SS-type故障和PP-type故障各方程类似，针对IIDG的灵活接入位置与容量大小对Hybrid-type故障的影响，Hybrid-type的串联部分与SS-type故障一样，而其并联部分与PP-type故障一致，Hybrid-type的故障机理与前述2种故障存在差异，最终呈现的故障特征发生改变。1.4通用型复故障数学分析模型可见，通过上述小电阻接地配电网双重复故障网络分析建模方法的分析，可知：该建模方法完全可以推广至通用型复故障的网络分析建模，能充分计及多IIDG和负荷的灵活接入、不同馈线发生复故障、同一馈线不同地点发生复故障的情况。具体只需将各序网的各故障端口并联连接于母线上，而理想变压器的串联\并联\特殊并联连接方式可根据相应故障类型来选择，这样即可建立通用型复故障的复合序网。因此，包含多重串联型故障、并联型故障和特殊并联型等通用型复故障的小电阻接地系统，其复合序网可简化表示为图2-9的形式。其中，Mf.s、Mf.p和Mf.sp分别表示理想变压器串联、并联和特殊并联的故障端口数，且故障总数Mf=Mf.s+Mf.p+Mf.sp。图2-9通用型复故障复合序网的简化多端口表示同理，基于基尔霍夫定律和故障边界条件，计及理想变压器的变比，根据理想变压器两侧的电压和电流关系可建立回路电流方程和故障边界条件方程，最终得到通用型复故障网络分析求解方程组： (2-13)式中，I(1)和I(2)分别为各馈线母线出口处的正序和负序电流列向量；If(0)和Uf(0)分别为各故障点的零序电流和零序电压列向量；US为系统电压的列向量；IDG,F(1)为各IIDG输出故障电流的列向量，若某一馈线无IIDG接入或某一个IIDG孤岛运行，则对应元素为零；其余子矩阵均为M×M方阵。此外，式（2-13）中子矩阵中的各元素定义如下：1）Zh(1)、Zh(2)和Zh(0)的主对角线元素分别为正序、负序和零序阻抗和，其非对角元素分别为ZS(1)、ZS(2)和ZS(0)。Zh(1)的主对角线元素为Zh,ii(1)，若第i条馈线发生串联型故障（i=1，2，…，M），则Zh,ii(1)=ZS(1)+ZLi(1)+ZDi(1)，而对于并联型故障，Zh,ii(1)=ZS(1)+ZLi(1)；子矩阵Zh(2)与Zh(1)类似，但所有元素均为负序阻抗；Zh(0)的主对角线元素Zh,ii(0)=ZS(0)+ZLi(0)。2）ZDFH(1)为对角线矩阵。当某一条馈线发生串联型故障时，对于接入该馈线的某一IIDG，ZDFH(1)中相应的主对角元素ZDFHj(1)为故障馈线中第j个IIDG的PCC下游正序阻抗总和；而当某一条馈线发生并联型故障时，若接入该馈线的某一IIDG位于故障点上游，则主对角元素为该PCC至故障点之间的总正序阻抗和，否则，相应主对角元素为则为零。同时，无论串联型故障还是并联型故障，非故障馈线接入的某一IIDG对应的主对角元素均为其PCC下游正序阻抗的总和。若某一馈线无IIDG接入或某一个IIDG孤岛运行，则对应元素为零。3）Kh1~9也均为对角线矩阵。对于非故障馈线或无IIDG接入情况，其对应主对角线元素均为零；而针对某一故障馈线，根据表2-1所示的不同故障类型和理想变压器变比，其主对角线元素可表示为： (2-14) (2-15) (2-16) (2-17) (2-18)由此可见，式（2-13）可以对含IIDG灵活接入的任何复杂小电阻接地配电网实现多重复故障的分析，这一通用计算公式不仅适用于任意馈线的单相、两相以及混合复故障，而且对于断线故障以及短路故障也是可行的。特别地，对于单