基于限流電感電壓的多端交直流混合配電網直流故障檢測研究

拉茸農布

摘 要 本文就限流電電壓下的多段交直流混合配電網直流故障的檢測技術進行探究，通過對于多端交直流混合配電網的直流故障特性的分析為基礎，以線路、類型、故障極、閾值選取等方面進行檢測方案的設計，以期推動多端交直流混合配電網的保護。

關鍵詞 限流電感;交直流混合配電網;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，隨著故障的多樣性以及故障檢測難度的加大，傳統的交流故障檢測方法已經不能適應現今的故障檢測需要。因此，需要相關的從業人員開闊視野，融入技術的創新，利用直流線路單端限流電感電壓變化率檢測直流故障的方法實現故障的快速、準確檢測。

1交直流混合配電網拓撲

為保證對于多端交直流故障特性的深入分析，需要強化對于非故障換流站影響的分析。多端直流混合配電網由于其分布廣泛，各部件聯系緊密的特點，使得其在出現故障時，故障的波及面會滲透到系統的各個領域。因此，要對于故障線路進行快速檢測，并對于故障類型進行有效的分析，以此實現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中，有換流站、交流系統、變壓器、直流線路、限流電感等組成，有交流與直流系統共同為系統提供電力支撐，并且采用電容中電式接地方式，通過直流線路實現換流站的互聯，因此任意換流站出現故障后，會利用剩余部分實現功率的交換，使系統易于實現擴容，進而提升系統的可靠性。

2交直流混合配電網直流故障特性分析

在進行故障檢測方案的制定時，需要依靠系統故障的特性，調取特征值，實現檢測方案的可靠性與針對性。需要對于單個換流站的直流故障特性進行分析，為規避反并聯二極管在交流系統電流饋入階段開始時的電流負荷過大，而形成系統的損毀，需要在此之前進行故障線路的斷開，并且對于故障的檢測要以電容放電階段為節點，在此之前完成檢測[1]。在單個換流站出現直流故障后，電容急速放電，直流電流以及限流電感隨之提升，進而在很短的時間內電流增加到峰值，因此可以據此來對于故障進行檢測，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故障檢測方案設計

（1）故障檢測。由以上分析，可知在系統出現故障時，電路的限流電感會在短期內出現上升的現象，并且正常使用時，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行直流故障是否發生的判斷。例如：假設限流電感的正方向為母線的指向線路，通過對于各限流電感以及預先設定的故障檢測閾值，進行綜合運算，進而當上一任的限流電感的故障檢測裝置檢測到其變化率超過既定閾值時，則為直流故障。

（2）故障線路分析。借助單端量進行故障檢測的方式可以降低通信延遲的影響，在采用限流電感對于直流線路故障的判斷時，需要對于每條線路的限流電感的變化情況進行識別，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行線路的判斷。例如：由于在出現線路故障后，故障線路的限流電感會出現急速的猛增，故障線路的電壓變化率會超過既定的故障線路識別閾值，進而實現故障線路的快速識別，滿足相應的識別要求。

（3）故障類型識別。在進行有效的故障檢測以及故障線路的識別后，需要對于故障的類型進行識別，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的差別性，因此其判斷的依據性不強。在極間短路故障中由于正負極限流電感處于電容放電回路中，導致其正負極線路的電壓變化率基本一致，但單機接地故障會形成較大的電壓變化率，因此，可以就這一特性進行故障的判斷。

（4）故障極判斷。極間短路故障無須對于故障極進行判定，單極接地故障則需要對故障極進行判斷，在出現故障時，其限流電感電壓會出現較大變化。例如：當正極線路限流電感電壓變化率的幅值與負極線路限流電感電壓變化率的幅值差值大于閾值時，判定為正極接地故障。當二者的幅值差值為負，且小于閾值時，判定為負極接地故障。

（5）故障檢測閾值選取。故障檢測閾值的選取時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倍作為故障檢測閾值;故障線路識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倍作為故障識別的閾值;故障類型識別閾值可以選擇在單極接地故障出現后，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，負極的限流感電壓基本恒定，理論上正負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行閾值的設定。

4故障檢測程序

在完成對于故障線路識別、類型判斷、限流感電壓變化率判斷、極判斷等步驟后，故障的檢測裝置會為系統的保護裝置發送跳閘信息，進而為后續的操作提供必要的保護程序。通過依據故障線路正負極的限流電感電壓的變化率對于線路、類型、故障極的識別，進而無須在線路之間進行通信而形成對于故障的檢測。

5仿真驗證

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

6結束語

綜上所述，為保證多端交直流故障檢測的有效性與快速性，需要通過對于直流故障特性進行有效分析，進而發現電容放電階段的故障特性，以此發現非故障換流站的限流電感電壓變化率遠小于故障換流站限流電感電壓變化率，并且不受系統功率反轉的影響，有效提升了檢測的精度，可以滿足工程的實際需求。

參考文獻

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