【《柔性直流配电网线路故障过程分析》2300字】

柔性直流配电网线路故障过程分析目录TOC\o"1-3"\h\u21311柔性直流配电网线路故障过程分析 128371.1直流线路单极接地故障 2321011.1.1故障过程分析 2191781.1.2直流线路单极接地故障对交流侧的影响 2243661.2故障恢复过程分析 4116121.2.1电容中点直接接地的故障恢复过程 4239521.2.2部分站端电容中点高阻接地下的故障恢复过程 424731.2.3全部站端电容中点高阻接地下的故障恢复过程 5在传统的交流电网中，三相短路最为严重，其次是相间短路，但它们出现的条件苛刻，概率较低，而单相接地故障最易出现；同样在VSC-HVDC系统中，虽然发生极间短路故障更为严重，然而其出现的概率较低。并且若发生极对地故障，由于系统不对称问题，直流侧的正负极电容器电压不平衡，导致系统故障。因此本文将以单极接地故障为例进行进一步研究。以往的研究中，当线路发生单极接地故障，换流站立即关停。然而这在实际运行的配电网中，显然是不能实现的，如果在故障发生后，换流站都切出系统，用户的供电稳定性极差。因此，故障发生时，我们不仅不能将换流器闭锁停用，而且需要用特定的继电保护装置隔离故障。VSC-HVDC系统中含有交流滤波器、换流变压器、直流侧正负极电容器中点这三个位置的接地点，他们的不同连接方式会影响故障穿越能力，本文采用图3-1（b）的合并接地方法。图3-1滤波器中性点接线方式除此之外，正负极中点接地方式的不同也直接影响故障的出现与恢复过程，下文将对此进行着重分析，来确定合适的接地方式和接地电阻大小，减小故障对系统的干扰。直流线路单极接地故障故障过程分析假设直流线路出现正极接地故障，根据接地方式不同，分为以下两种情况：第一种，如果电容中点为大电流接地方式，例如直接接地，故障发生时，正极板与大地相连，放电使得电位降为0，由于整体电网的调控，负极电位增加一倍。这种正负极电位不等是直流性质的，不会出现工频过电压。第二种，如果电容中点为小电流接地方式，例如经高阻接地，故障发生时，也构成一个电容放电电路，但由于大接地电阻的存在，此过程十分缓慢，正极电位基本不变，负极电位增加一倍，可得正负极电压不平衡。不论是直接接接地还是经过大电阻接地，故障发生时，正负极电压均不相等，这为第四章的故障识别判据提供了理论依据。但接地方式的不同，会严重影响故障恢复过程，3.2节将对其进行详细分析。直流线路单极接地故障对交流侧的影响图3-2绘制了直流线里发生极对地故障时换流站交直流端的等效电路。图3-2直流线路单极接地故障下的等效电路图中，Cp=Cn：直流侧正负极电容usa、usb、usc：交流侧三相相电压；isa、isb、isc：交流侧三相相电流Va、Vb、Vc：A、B、C对地电位；Vp、Vn：换流器正极、负极对地电位ip、in：换流器正极、负极出口电流；idcp、idcn：正极、负极线路电流icp、icn：正极、负极受端电容电流；ucp、ucn：正极、负极电容端电压If：故障电流，ifc：正极电容放电电流，各电压电流的方向如图3-2所示。由于电缆线路故障大部分是金属性故障，故认为故障接地电阻近似为零。将开关函数定为（3-1）根据基尔霍夫定律列出a相回路电压方程（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）同理可得b相c相电压方程：（3-6）式（3-4）、（3-5）、（3-6）相加得（3-7）：（3-7）根据3.1.1节中的分析，采用第一种接地方式时，正极电容迅速放电，即ucp=0，滤波器可将udc*s0项消掉，uN=0。故式（3-7）可转化为（3-8）根据3.1.1节中的分析，采用第二种接地方式时，正极电容缓慢放电，有ucp≈udc,uN0≈-udc，故式（3-7）也能转化为式（3-8）。那么我们可以得出RTN上的电流与故障电流if一致，故（3-9）将式（3-9）代入式（3-8）得（3-10）虽然交流侧系统本身并没有发生故障，usa、usb、usc中也不含u（0），但由故障导致RTN上产生含有零序分量的偏置电压，所以交流侧中也会产生了i（0）。故障恢复过程分析电容中点直接接地的故障恢复过程假设发生正极接地，若系统如图3-3（a）所示故障消失或被隔离，配网需要维持电压平衡，因此借助换流器完成提高正极电位，降低负极电位的过程。此过程如图3-3（b）所示：换流器、正极电容、电容中点、接地线依次连接构成正极电容充电回路；负极电容、电容中点、接地线依次连接构成正极电容放电回路。通过人为接入换流器，让这个与故障发生时故障电容充放电过程完全相反的过程得以实现。当上述过程结束后，系统状态如图3-3（c）所示。(a)故障下(b)故障恢复过程I(c)故障恢复后图3-3电容中点直接接地方式下故障恢复过程示意图部分站端电容中点高阻接地下的故障恢复过程在VSC-HVDC系统中，个别换流站为经大电阻接地方式时，同样假设发生正极接地，若系统如图3-4（a）所示故障消失或被隔离，由于大阻抗直接入对地支路，电容中点的电位不再与大地相通，正极电位降低的过程无法直接进行，所以正极板直接给负极板充电，此时电容中点为呈现负电位。这个过程如图3-4（b）所示：正极电容的放电电流依次经过正极电容、换流器、交流侧接地回路、电容中点接地回路，最后流回正极电容，构成闭合电路；负极电容的充电电流由换流器出发，依次通过交流接地回路、电容中点接地回路、负极电容、换流器，构成闭合回路。当上述过程结束后，系统状态如图3-4（c）所示。(a)故障下(b)故障恢复过程Ⅱ(c)故障恢复后图3-4部分电容中点高阻接地方式下故障恢复过程示意图全部站端电容中点高阻接地下的故障恢复过程在VSC-HVDC系统中，当任一换流站均为经大电阻接地方式时，同样假设发生正极接地，若系统如图3-5（a）所示故障消失或被隔离，由于大阻抗直接入对地支路，全部的电容中点的电位不能和大地相通，所有正极电位降低的过程无法直接进行，所以所有正极板都直接给负极板充电，此时