【《直流线路故障识别的仿真设计分析案例》1800字】

直流线路故障识别的仿真设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5375直流线路故障识别的仿真设计分析案例 1297611.1故障识别方案仿真原理 1303481.2直流线路故障识别仿真算例 3221891.2.1直流线路单极短路 3306161.2.2直流线路双极短路 7故障识别方案仿真原理在VSC-HVDC中，如果直流线路发生不对称故障，那么将会使得配电网直流电压不平衡，正负极对地电位也将不一致。下文将对此过程进行数学分析，为故障识别判据的提出奠定良好依据。设正极对地电位为Vp，负极对地电位为Vn，则直流电压udc为（4-1）直流不平衡电压udiv为（4-2）根据式（3-1）的定义，交流侧A点电位可表示为（4-3）将式（4-1）式（4-2）代入式（4-3），得（4-4）同理，可得换流器交流侧出口B点C点的电位（4-5）（4-6）由式（4-4）式（4-5）式（4-6），等号右侧可看交流受控源和直流受电源。受控直流源的电压：（4-7）VSC换流器交流侧电路简图如4-1所示。图4-1VSC交流侧的等值电路其中，开关的状态与换流器的接线方式相关，当变压器采用Yn/△时，开关断开；当变压器采用△/Yn接法时，开关闭合。当换流器以Yn/△连接时，当单极接地故障恢复或是被隔离后，直流侧电流不再导通，受控直流源的ud恒定。由式（4-7）可知，udiv也没有发生改变，电压不对称问题仍然存在。当换流器以△/Yn连接时，当单极接地故障恢复或是被隔离后，直流侧回路依然能够流通电流，受控直流源的电压uD将在一段时间后，削减为零。由式（4-7）能推出，不平衡电压udiv也会消失，直流电压的不平衡问题也不再存在了。单极接地故障的识别判据设置当VSC-HVDC中发生极对地故障时，如果该故障很快就能自行消失，那么不需要进行人为干预，通过配电网本身的恢复能力，系统仍会继续运行一段时间，并且不出现严重的电压不平衡问题。但如识该故障不能消失，长时间存在在系统中，就需要我们通过如下判据人为干预识别故障，并对位置进行判定，维护VSC-HVDC的稳定可靠运行。当VSC-HVDC稳定运行时，直流侧对地电压大小相等，方向相反，呈现对称性。由3.1.1的分析可知，不对称短路发生后，故障极对地电位降为零，非故障极增大一倍，导致正负极不再平衡。同时，换流变压器的中性点电阻RTN将流过一个较大的短路电流ITN。根据这两个电气量，我们设计在VSC-HVDC中发生不对称故障的识别判据。若符合式（4-8），判定为正极接地故障：（4-8）式中，n是当前采样点序号；采样频率取5kHZ，N取20；Vp(n)是正极电位、Vn(n)是负极电位；Kset1为正极故障判定的门槛电压值；Iset为中性点电流的门槛值。若符合式（4-9），判定为负极接地故障：（4-9）式中，Kset2为负极故障判定的门槛电压值。直流线路故障识别仿真算例为了验证对4.1章节提出的识别方案的可行性，在第二章搭建的VSC-HVDC仿真基础上，接入一个新的故障模块，模拟发生线路单极接地。若正极为故障极，参照图3-2的参数，位置距换流站4000m，故障时长为20ms。直接接地时RN=0.05Ω；经大电阻接地时RN=0.1kΩ；变压器按照△/Yn连接方式，接地电阻100Ω。直流侧电容Cp=Cn=2mF，电缆对地电容380mF/km。直流线路单极短路t=1s时，发生单级接地故障，持续20ms，仿真步长为20μs。图4-2金属性接地故障示意图图4-3金属性接地故障设置参数故障电压呈现波动特征。图4-4正极线路电压（单极短路）由图4-4可以以验证4.1.1所涉及的方案在判别出VSC-HVDC是否发生故障的同时，还确定了具体是哪一极发生故障。通过多次仿真检验，设置Kset1=Kset2=0.75，Iset=15，判定结果比较准确。图4-5、图4-8反馈了正负极对地电位波形变化，取Rf=10Ω。图4-6、图4-9反馈了故障后流过RTN的电流变化。图4-7、图4-10为识别方案系统的判断结果，若为“未判定接地故障”时，值取零；若为“判定到正极故障”时，值取1；判断结果为“判定负极故障”时，值取-1。图4-5正极接地故障时正负极对地电位图4-6正极接地故障时流过中性点电阻电流图4-7正极接地故障时保护系统判断结果图4-8负极接地故障时正负极对地电位图4-9负极接地故障时流过中性点电阻电流图4-10负极接地故障时保护系统判断结果为了验证该构想的可靠性，设置不同大小的过渡电阻，计算相应的门槛值，判定故障能否被检测，实验结果如表4-1所示。从表可知，该方式能够适应过渡电阻的不同，具有一定的稳定性与准确性。表4-1仿真实验结果过渡电阻(Ω)计算值判断结果0.1K1=0.6532I=15.8274A正极接地故障10K1=0.7348I=15.2136A正极接地故障100K1=0.6495I=15.2371A正极接地故障0.1K1=0.6360I=17.0958A负极接地故障10K1=0.7345I=15.0312A负极接地故障100K1=0.5795I=15.2859A负极接地故障其中，，，均为该识别方案判定VSC-HVDC出现故障时的