基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测研究

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摘 要 本文就限流电电压下的多段交直流混合配电网直流故障的检测技术进行探究，通过对于多端交直流混合配电网的直流故障特性的分析为基础，以线路、类型、故障极、阈值选取等方面进行检测方案的设计，以期推动多端交直流混合配电网的保护。

关键词 限流电感;交直流混合配电网;直流故障

引言

直流故障具有电流上升速率快以及覆盖范围广的特点，随着故障的多样性以及故障检测难度的加大，传统的交流故障检测方法已经不能适应现今的故障检测需要。因此，需要相关的从业人员开阔视野，融入技术的创新，利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法实现故障的快速、准确检测。

1交直流混合配电网拓扑

为保证对于多端交直流故障特性的深入分析，需要强化对于非故障换流站影响的分析。多端直流混合配电网由于其分布广泛，各部件联系紧密的特点，使得其在出现故障时，故障的波及面会渗透到系统的各个领域。因此，要对于故障线路进行快速检测，并对于故障类型进行有效的分析，以此实现故障线路段的隔离以及非故障段的快速供电。例如：在三端辐射型混合配电网中，有换流站、交流系统、变压器、直流线路、限流电感等组成，有交流与直流系统共同为系统提供电力支撑，并且采用电容中电式接地方式，通过直流线路实现换流站的互联，因此任意换流站出现故障后，会利用剩余部分实现功率的交换，使系统易于实现扩容，进而提升系统的可靠性。

2交直流混合配电网直流故障特性分析

在进行故障检测方案的制定时，需要依靠系统故障的特性，调取特征值，实现检测方案的可靠性与针对性。需要对于单个换流站的直流故障特性进行分析，为规避反并联二极管在交流系统电流馈入阶段开始时的电流负荷过大，而形成系统的损毁，需要在此之前进行故障线路的断开，并且对于故障的检测要以电容放电阶段为节点，在此之前完成检测[1]。在单个换流站出现直流故障后，电容急速放电，直流电流以及限流电感随之提升，进而在很短的时间内电流增加到峰值，因此可以据此来对于故障进行检测，即故障线路的电流电感大于非故障电路，借助与限流电感的电压上升率的判断方式具有一定的可行性。

3故障检测方案设计

（1）故障检测。由以上分析，可知在系统出现故障时，电路的限流电感会在短期内出现上升的现象，并且正常使用时，限流电感基本处于恒定情况。因此，可以利用限流电感是否超过既定阈值来进行直流故障是否发生的判断。例如：假设限流电感的正方向为母线的指向线路，通过对于各限流电感以及预先设定的故障检测阈值，进行综合运算，进而当上一任的限流电感的故障检测装置检测到其变化率超过既定阈值时，则为直流故障。

（2）故障线路分析。借助单端量进行故障检测的方式可以降低通信延迟的影响，在采用限流电感对于直流线路故障的判断时，需要对于每条线路的限流电感的变化情况进行识别，可以就这条线路的限流电感的变化率是否超过既定的阈值来进行线路的判断。例如：由于在出现线路故障后，故障线路的限流电感会出现急速的猛增，故障线路的电压变化率会超过既定的故障线路识别阈值，进而实现故障线路的快速识别，满足相应的识别要求。

（3）故障类型识别。在进行有效的故障检测以及故障线路的识别后，需要对于故障的类型进行识别，直流线路的故障一般有极间短路故障以及单极接地故障，但由于出現上述两种线路故障后，故障线路的限流感电压的变化率不具有很强的差别性，因此其判断的依据性不强。在极间短路故障中由于正负极限流电感处于电容放电回路中，导致其正负极线路的电压变化率基本一致，但单机接地故障会形成较大的电压变化率，因此，可以就这一特性进行故障的判断。

（4）故障极判断。极间短路故障无须对于故障极进行判定，单极接地故障则需要对故障极进行判断，在出现故障时，其限流电感电压会出现较大变化。例如：当正极线路限流电感电压变化率的幅值与负极线路限流电感电压变化率的幅值差值大于阈值时，判定为正极接地故障。当二者的幅值差值为负，且小于阈值时，判定为负极接地故障。

（5）故障检测阈值选取。故障检测阈值的选取时为降低谐波以及噪声的干扰，可以将先流电感最小电压变化率的k倍作为故障检测阈值;故障线路识别阈值的选取可以由极间短路故障以及单极接地故障在故障发生瞬间较小的故障线路限流电感电压变化率的k倍作为故障识别的阈值;故障类型识别阈值可以选择在单极接地故障出现后，故障线路限流电感最小变化率的k倍;故障极判断阈值可以由正极接地故障时，负极的限流感电压基本恒定，理论上正负极限流电感电压变化率的差值即为故障极限流电感的电压变化率，以故障类型作为参考进行阈值的设定。

4故障检测程序

在完成对于故障线路识别、类型判断、限流感电压变化率判断、极判断等步骤后，故障的检测装置会为系统的保护装置发送跳闸信息，进而为后续的操作提供必要的保护程序。通过依据故障线路正负极的限流电感电压的变化率对于线路、类型、故障极的识别，进而无须在线路之间进行通信而形成对于故障的检测。

5仿真验证

为保证检测方案的可行性，需要依据MATLAB搭建三端辐射形交流混合配电网的模型，进而检测方案的可行性进行仿真验证，并在验证的过程中，融入过渡电阻、故障距离、功率反转等方面的因素对于方案的影响性进行验证。通过对于以上方案进行验证，可以看出限流电感的检测技术可以对于直流故障记性有效的检测，为多端交直流混合配电网的保护提供了前提。

6结束语

综上所述，为保证多端交直流故障检测的有效性与快速性，需要通过对于直流故障特性进行有效分析，进而发现电容放电阶段的故障特性，以此发现非故障换流站的限流电感电压变化率远小于故障换流站限流电感电压变化率，并且不受系统功率反转的影响，有效提升了检测的精度，可以满足工程的实际需求。

参考文献

[1] 孟明，李宽，周晓兰.多端交直流混合配电网的集中-分散控制策略[J].现代电力，2020，37（3）：317-324.