一种基于电压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法
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中压配电网柔性互联设备的电路拓扑与控制技术分析
中压配电网柔性互联设备的电路拓扑与控制技术分析摘要：柔性互联技术丰富了配电网的控制功能，让配电网架构更加灵活，成为配电网架构的重要技术。
基于此，本文通过分析柔性互联设备电路拓扑，进一步分析了柔性互联设备的控制技术，以期为后续进一步挖掘互联设备的功能和发展奠定基础。
关键词：中压配电网；柔性互联设备；电路拓扑；控制技术引言：柔性互联技术推动了配电网多功能化、灵活控制化发展，成为配电网现代化结构的重要技术。
相比于低压配电网互联，终压柔性互联在控制技术和拓扑结构上存在很大差异，考虑到中压配电网现场要求和线路容量的差异，需要对中压配电网互联设备的电路拓扑以及控制技术展开研究，更有利于展望后续发展方向。
1.中压配电网柔性互联设备的电路拓扑1.1模块化多电平型柔性互连拓扑结构采取模块化多电平技术实现，并按照隔离风湿分为非隔离型、中高频隔离以及工频隔离三类。
工频隔离型设备结构中，在工频连接变压器支持下，中压交流馈线和变流器进行连接，变压器主要在交直流间传递阻断零序分量，保证和电网电压匹配，可以在不同等级电压中实现异步互联。
AC/DC变流器选择MMC电路拓扑结构，接入35kV交流/20kV交流中压配电网，直流电压选择20kV；接入20kV/10kV中压配电网，直流电压选择10kV。
直流母线结构扩展能力强，接受多交流馈线接入，形成柔性互联设备。
通过隔离型DC/DC变换器的配置，能够支持低压直流和交流馈线的接入，形成柔性互联方案。
由于工频联接变压器占地空间相对大，对柔性互联产生一定限制，使用中频隔离方案，通过直流变压器端口电压为10kV，全桥变换器实现串联[1]。
使用中高频隔离变压器替代，可以阻断零序电流和电气，在面积和体积上均得到控制。
在中压配电网柔性互联要求下，增加电子变压器，使用柔性互联设备包含器件数量更多，系统更加复杂，增加设备成本。
非隔离方式是未来主要发展方向，非隔离变压器输出电压需要和配电网匹配，主要应用MMC方式，利用全桥子模块等模块串联方式，可以降低成本，并进一步压缩体积。
柔性直流配电系统控制策略及保护技术
柔性直流配电系统控制策略及保护技术摘要：柔性直流配电系统是目前电网建设的重要内容，不仅关系到能源多样化、配电结构优化，更有利于确保分布式电源稳定性，但柔性直流配电系统存在技术短板，需要从系统控制策略和保护技术两个方面进行分析，本文研究了柔性直流配电系统运行方式，并从系统级控制和配网级控制两方面提出了柔性直流配电系统的具体控制方法，探究了直流配电系统的故障检测与定位、隔离手段，以此增强理论研究和实践经验，更好的保障柔性直流配电系统的应用和发展。
关键词：柔性直流配电；控制策略；故障特性柔性直流配电系统属于集成配电、用电、发电为一体的双向能量流动有源网络，利用柔性直流配电系统可以突破传统光电能即时发送的影响，有利于提高用户的使用效率，为构建大容量、高电质的技术性支撑平台提供保障。
同时，柔性直流配电系统不会受到交流同步稳定性的影响，可以避免交流环节能源流失和损耗，有效连接集中式和分布式的能源单元，为城市提供更为理想的供电方式。
1.柔性直流配电系统控制策略1.1柔性直流配电系统运行方式柔性直流配电系统的转换器接收来自于交直流电源和再生能源的电能，保证储能系统和微电网之间的能量传递，因为柔性直流配电系统运行方式存在多样性特点，不同运行方式可以引起网络潮流分布变化，因此需要有效控制柔性直流配电系统的运行方式，避免功率问题造成直流电压波动，影响敏感负荷的电能需求。
1.2柔性直流配电系统的具体控制方法1.2.1系统级控制系统级控制是根据协调系统稳定各设备的运行状态，确保电能的稳定供给。
柔性直流配电系统不会受到频率和功率的影响，因此只要在电压方面进行稳定控制，即可保证该系统的正常运行。
常见的系统级控制方式有三种，一是主从控制，是借助各个换流器进行信息传输，这种方法的控制效率较差。
二是下垂控制，通过静差调节下垂系数，根据预先设定形式了解到能量的动态变化裕量，这种方法的功率波动能力差，反应速度较慢，容易影响敏感负荷的正常运行。
柔性直流配电网直流线路故障定位综述
次数越来越频繁。然而电力电缆通常深埋地下或者敷 设在电缆沟内，不同于架空线路裸露在外，故障时一般 无法直接发现故障点，需要花费数小时逐一排查，耗费 大量的人力、物力，长时间停电将严重威胁系统的安全 运行。因此，为了保证直流配电网能够安全可靠的运 行，需要快速准确地识别故障发生区域以及定位故障 发生位置。
ＲｅｓｅａｒｃｈＲｅｖｉｅｗ ｏｎＤＣ ＬｉｎｅＦａｕｌｔＬｏｃａｔｉｏｎｉｎＦｌｅｘｉｂｌｅＤＣ ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ
ＷＵＬｉｎｇｍｉｎ，ＣＨＥＮＤａ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｃｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１１６，Ｃｈｉｎａ）
随着我国城市化建设进一步推进，地下电力电缆 建设成本不断下降，促使电缆在城区配电网中，尤其在 人口稠密、交通拥挤、大型工厂等地区得到了广泛的应 用。配电网的敷设方式由传统的裸线架空线路逐渐转 变为占地面积小的地下电缆暗敷设。由机械损伤、绝 缘受潮、绝缘老化变质、过电压、设计和制作工艺不良 等原因引起的电力电缆故障随着运行时间的增加发生
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｒａｐｉｄｌｙ．ＤＣｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｅｘｔｅｎ
ｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｆｓｃｈｏｌａｒｓ，ｗｉｔｈｉｔｓｏｗｎａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｗｅｌｌａｐｐｌｉｅｄｉｎｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＭｅｔｒｏＴｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｉｓｕｓｅｄｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆＤＣｌｉｎｅｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ：ｔｒａｖｅｌｉｎｇｗａｖｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｅａｃｈｍｅｔｈｏｄａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｓ ｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．
一种基于柔直技术的低电压治理方法
一种基于柔直技术的低电压治理方法
严方彬;杨志淳;李杰;骆实;谢琉欣;邹念佐;雷杨
【期刊名称】《湖北电力》
【年(卷),期】2022(46)3
【摘要】根据配电网低电压特性,基于主网的柔性直流输电思路,设计了一套多端直流低电压治理装置(MVR)。
利用交直流变换,重点针对配电网中供电半径过长、线径过细的台区,在网改工程改造完成的前期,先一步解决台区末端用户用电困难的问题。
同时根据仿真计算,采用本装置能有效降低台区损耗,提升台区传输容量。
【总页数】9页(P57-65)
【作者】严方彬;杨志淳;李杰;骆实;谢琉欣;邹念佐;雷杨
【作者单位】国网湖北省电力有限公司电力科学研究院;国网湖北省电力有限公司荆州供电公司;青岛鼎信通信股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM721
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柔性直流配电网的电压控制策略研究
柔性直流配电网的电压控制策略研究柔性直流配电网的电压控制策略研究随着电力系统的快速发展，传统的交流配电网面临着一系列的挑战，比如潮流过载、电压波动等问题。
为了解决这些问题，柔性直流配电网（Flexible DC Distribution Network）应运而生。
柔性直流配电网利用直流电进行能量传输，具有较低的输电损耗、高品质的电能供应等优势，被广泛用于工业园区、商业大楼等多种场所。
在柔性直流配电网中，电压控制是确保系统稳定运行的关键所在。
电压控制策略的研究可以有效提高柔性直流配电网的电能质量，提高系统的可靠性和灵活性。
首先，电压控制策略需要确保各个节点的电压稳定在合理的范围内。
目前最常用的电压控制策略是基于逆变器的无功电流注入控制方法。
该方法通过在逆变器中注入适当的无功电流来调节节点的电压，以维持系统的电能质量。
同时，还可以通过在逆变器中添加电压控制回路来实现对节点电压的动态调节。
其次，电压控制策略还需要考虑到电压平衡的问题。
在柔性直流配电网中，由于不同节点之间的电阻、电感等参数存在差异，导致节点电压产生不平衡。
因此，为了实现电压平衡，需要设计相应的电压控制策略。
目前，常用的电压平衡方法有无功电流注入法、有功功率注入法等。
这些方法通过调节不同节点之间的功率流动来实现电压的平衡，从而提高系统的稳定性和可靠性。
此外，电压控制策略还需要考虑到电压谐波的问题。
由于柔性直流配电网中存在各种非线性负载，比如电子设备、电力电子器件等，会导致电压波形变形和谐波扩散。
因此，为了控制电压谐波，需要在逆变器中添加谐波滤波器，同时设计相应的控制策略来抑制谐波的产生和传播。
总之，柔性直流配电网的电压控制策略研究是保证系统稳定运行的重要工作。
合理的电压控制策略可以有效提高系统的电能质量，保障供电的可靠性和灵活性。
未来，我们可以进一步研究优化电压控制策略，提高系统的稳定性和效率综上所述，柔性直流配电网的电压控制策略是确保系统稳定运行的关键。
配电网灵活性控制柔性评价方法及应用
配电网灵活性控制柔性评价方法及应用
赵学文;丁晋晋
【期刊名称】《科技风》
【年(卷),期】2016(000)002
【摘要】针对新一代智能化电网对电力系统规划、运行和管理过程中经济性、安全性与灵活性等多指标综合趋优的要求,本文研究配电网灵活性控制多尺度柔性译价方法,首先对多尺度柔性参数进行划分,划分为属性柔性、约束柔性、负荷柔性和结构柔性.进一步对多尺度柔性分析方法进行定位,然后阐述了配电网灵活性控制多尺度约束柔性指标,以及运行柔性化技术等多方面,对配电网灵活性空制多尺度柔性评价方法进行应用探析.
【总页数】1页(P138)
【作者】赵学文;丁晋晋
【作者单位】国网甘肃省电力公司张掖供电公司,甘肃张掖734000;国网甘肃省电力公司张掖供电公司,甘肃张掖734000
【正文语种】中文
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含分布式电源配电网继电保护策略研究_1
含分布式电源配电网继电保护策略研究发布时间：2022-10-30T06:50:35.052Z 来源：《工程建设标准化》2022年6月第12期作者：陈泽明[导读] 分布式电源(distributed generation，DG)的引入有利于降低电力生产和供电成本、实现资源的优化配置、减少传输损耗陈泽明国网山西省电力公司超高压变电分公司山西太原 030000摘要：分布式电源(distributed generation，DG)的引入有利于降低电力生产和供电成本、实现资源的优化配置、减少传输损耗，还可以充分利用多种形式的能源，具有较高的经济效益和社会效益。
与此同时，大量分布式电源直接引入配电网也带来了一系列经济、管理及技术方面的问题。
其中，分布式电源对继电保护的影响最为突出。
关键词：分布式电源；继电保护；故障特性；纵联保护引言通过分析分布式电源的并网特点及对传统配电网的影响，提出了分布式电源故障特性及其故障后分布式电源的输出控制策略，并根据控制策略提出了基于相位比较式的纵联两端保护和纵联全域保护算法，可以实现在线故障准确定位，满足含分布式电源的配电网故障特性对保护提出的严格要求[1]。
随着分布式电源的接入，配电系统不再是简单的单电源网络，大量的发电机和负荷同时存在，配电系统中的潮流方向理论上可以是任意的，这势必要影响配电网保护的灵敏性和选择性。
国内外许多学者都对含有分布式电源配电网的新型继电保护进行了研究。
1分布式电源接入对配网继电保护的影响分布式电源的接入给配电网继电保护带来很大影响，可能会使保护装置误动、拒动及失去选择性，这些影响和DG的接入位置和容量都有关系[2]。
(1)分布式电源接入位置的影响DG对接入点上游的所有保护都将产生逆向电流，导致这些保护对于上游和下游的故障在达到整定值时都将动作，从而失去了选择性。
若DG接入点下游发生故障，DG具有分流作用，流过保护的短路电流将减小，当分流足够大时，将导致保护的灵敏度减小，对于时限电流速断保护而言，其保护范围可能覆盖不到全线[3]。
柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望
柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望一、概述随着全球能源互联网的构建和可再生能源的大规模开发利用，配电网作为电力系统的末端环节，其重要性日益凸显。
传统的配电网运行方式以固定网络结构和被动管理方式为主，已难以满足现代电力系统的复杂需求。
柔性互联智能配电网技术应运而生，成为推动现代配电网发展的重要力量。
柔性互联智能配电网以其高度的灵活性、智能化和自适应性，为现代配电网的发展提供了新的方向。
通过采用先进的电力电子技术和信息技术，实现配电网的灵活互联、智能控制和优化配置，提高电网运行效率和稳定性，满足日益增长的电力需求。
柔性互联智能配电网关键技术的研究取得了显著进展。
灵活交流输电系统（FACTS）、分布式电源接入与控制、高级量测体系（AMI）以及配电网自动化等关键技术的应用日益广泛，为配电网的升级改造提供了有力支持。
新型柔性配电装备如智能软开关（SOP）、能量路由器等的发展也为配电网的柔性互联提供了更多可能性。
柔性互联智能配电网技术的发展仍面临诸多挑战。
需要进一步优化和完善关键技术，提高其在实际工程中的应用效果和可靠性；另一方面，还需要加强配电网与可再生能源、电动汽车等新兴产业的深度融合，推动电力系统的整体优化和可持续发展。
柔性互联智能配电网技术将继续发挥重要作用，推动现代配电网向更加智能、高效、绿色的方向发展。
随着新技术的不断涌现和应用场景的不断拓展，柔性互联智能配电网将为电力系统的安全稳定运行和可持续发展做出更大贡献。
1. 柔性互联智能配电网的概念与特点柔性互联智能配电网，作为传统配电网的升级与革新，是在原有配电网基础上融入了智能化、信息化、互联网化等先进技术手段的新型电网体系。
其核心概念在于“柔性”与“智能”，即通过柔性互联技术实现配电网的灵活调节与优化配置，同时借助智能化手段提升配电网的运行效率、安全性和可靠性。
柔性互联技术使得配电网具备了更加灵活的调节能力。
通过采用智能软开关、能量路由器等先进设备，实现对配电网中电能流向和功率分配的精准控制，有效应对分布式新能源接入带来的电能波动问题，确保电网的稳定运行。
一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统[发明专利]
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811307004.9(22)申请日 2018.11.05(71)申请人 武汉大学地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学申请人 国网浙江省电力有限公司 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院(72)发明人 孙建军 查晓明 郝利东 陈业伟 杨勇 李继红 陆翌 王朝亮 许烽 宣佳卓 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222代理人 薛玲(51)Int.Cl.H02J 3/02(2006.01)H02J 3/06(2006.01)H02J 3/00(2006.01)(54)发明名称一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统(57)摘要本发明提出了一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统。
本发明包括：第一中压交流断路器、第二中压交流断路器、交流联络开关、第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一三端口交直流柔性互联开关、第二三端口交直流柔性互联开关、第一中压直流断路器、第二中压直流断路器、中压直流母线、储能系统、第一柔性直流开关、低压直流断路器、低压直流母线、第二柔性直流开关、柔性交直流开关、直流新能源、交流新能源。
本发明优点在于，可减少储能变换的损耗，提供优质电能，并实现无缝转供电。
权利要求书1页 说明书8页 附图4页CN 109193661 A 2019.01.11C N 109193661A1.一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统，其特征在于包括：第一中压交流断路器、第二中压交流断路器、交流联络开关、第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一三端口交直流柔性互联开关、第二三端口交直流柔性互联开关、第一中压直流断路器、第二中压直流断路器、中压直流母线、储能系统、第一柔性直流开关、低压直流断路器、低压直流母线、第二柔性直流开关、柔性交直流开关、直流新能源、交流新能源；所述第一中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接，所述第二中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接；所述第一中压交流断路器与所述第一中压交流母线通过导线连接；所述第一中压交流母线与所述第一三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第一三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第一中压直流断路器通过导线连接；所述第二中压交流断路器与所述第二中压交流母线通过导线连接；所述第二中压交流母线与所述第二三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第二三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第二中压直流断路器通过导线连接；所述第一中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述第二中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述中压直流母线与所述储能系统通过导线连接；所述中压直流母线与所述第一柔性直流开关通过导线连接；所述第一柔性直流开关与所述低压直流断路器通过导线连接；所述低压直流断路器与所述低压直流母线通过导线连接；所述低压直流母线与所述第二柔性直流开关通过导线连接；所述第二柔性直流开关与所述直流新能源通过导线连接；所述低压直流母线与所述柔性交直流开关通过导线连接；所述第二柔性交直流开关与所述交流新能源通过导线连接。
10kV限流式UPFC在配网中的应用
10kV限流式UPFC在配网中的应用摘要：随着配电网日益完善与智能，其对配电线路进行相角、阻抗和电压进行调节，对系统潮流和无功容量进行灵活控制，以及对系统短路限流的要求日趋紧迫。
限流式统一潮流控制器（简称限流式UPFC）是一种结合UPFC和桥式限流器，能有效应对系统短路故障的新型柔性交流输电装置。
本文提出了10kV限流式UPFC的工作原理，明确了UPFC模块和限流器模块的工作方式，为解决日后配网即将遇到的调节与限流问题提供了一种思路。
关键词：配电网；限流式UPFC；UPFC模块；限流器模块；1.引言统一潮流控制器是目前综合性能最为强大的FACTS装置，能同时对线路电压、阻抗和相角进行调节，实现对系统潮流、电压和无功的灵活控制，提高了线路的输送能力，因此受到了学术界的广泛关注[1-11]。
10kV配电网作为目前配电网的主流构架，其规模越来越大，结构日益复杂，短路容量迅速增加。
而作为一种全控型电力电子装置，现有的UPFC过载能力十分有限，一旦其安装点附近发生短路，UPFC必须迅速退出运行，否则其串并联变换器等设备极易因承受系统高电压和巨大短路电流的冲击而在极短时间内烧毁，这也是UPFC在电力系统中广泛应用需要解决的重要问题之一。
基于运行安全可靠性和提高线路输送能力两方面考虑，将UPFC和固态限流器（Solid-state Fault Current Limitter，简称SSFCL）通过串联耦合变压器进行连接，组成一种新型FACTS装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller with Solid-state Fault Current Limiting，简称限流式UPFC或UPFC-FCL）。
本文提出了10kV限流式UPFC的工作原理，明确了UPFC模块和限流器模块的工作方式，为解决日后配网即将遇到的调节与限流问题提供了一种思路。
2.工作原理2.1限流式UPFC的工作原理10kV限流式UPFC是为适应目前主流配电的发展，结合UPFC和SSFCL各自优点的基础上提出的一种新型FACTS装置，其工作原理概括来讲就是在不同的电力系统运行工况下发挥UPFC和SSFCL各自的工作性能，同时对两者进行良好的协调控制以满足系统需求。
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2017年 6 月第32卷第11期电工技术学报Vol. 32 No. 11Jun. 2017 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY一种基于电压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法郭谋发1游林旭1魏晓莹2高伟1杨耿杰1(1.福州大学电气工程与自动化学院福州3501162•国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州3500〇7)摘要在短路故障发生初期快速检测出故障并对短路电流进行限制，有利于电力系统安全稳定运 行。
采用电流半周波曲线与时间轴围成的面积作为判据进行短路故障早期检测，结合配电网短路故障 特征与级联H桥变流器输出特性，提出了将3个单相级联H桥多电平变流器应用于配电网短路故障柔 性限流。
所提限流装置采用电容耦合的方式实现并网。
选取电压信号作为反馈量，采用适当的控制方 法使装置输出合适的电压以达到限制故障电流的目的。
仿真结果表明，在短路故障早期检测的基础上，所提方法能实现对故障电流首个峰值的抑制，减小危害，减轻断路器的开断负担，且投入限流时无需 进行故障选相。
关键词：配电网短路故障早期检测柔性限流级联H桥变流器中图分类号：TM713A Flexible Current Limiting Method of DistributionNetwork Short Circuit Fault Based onthe Voltage Feedback Control(1. College of Electrical Engineering and Automation Fuzhou University Fuzhou 350116 China2. Electric Power Research Institute of Fujian Electric Power Co. of State Grid Fuzhou 350007 China)Abstract The short circuit current can be limited quickly after being detected in the incipient stage of short circuit fault, in this case，the operation safety of power system can be ensured. In this paper, the area surrounded by current half-cycle curve and the time axis is taken as the criterion of early detection on short circuit fault. Combining the characteristics of distribution network short circuit fault with the output features of cascaded H-bridge converter，a method based on three single-phase cascaded H-bridge multi-level converters is proposed in flexible short-current limiting. These converters are connected to the grid via coupled capacitors. The voltage signal is selected as the feedback so that the converters can generate output voltage to achieve the goal of limiting fault current using an appropriate control method. The simulation results show that based on the early detection, the proposed method can suppress the first peak value of the fault current to mitigate the harms and relieve the burden of circuit breaker. In addition, the selection of faulty phases is unnecessary.Keywords：Distribution network, short circuit fault, early detection, flexible current limiting, cascaded H-bridge converter国家自然科学基金项目（51677030，51377023)和福建省自然科学基金项目（2016J01218)资助。
收稿日期2016~05-22改稿日期2016-11七8第32卷第11期郭谋发等一种基于电压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法49〇引言随着配电网的不断发展，其规模不断扩大，大量 分布式电源的接入使其结构变得越来越复杂，短路电 流急剧增加，甚至超过了断路器的遮断容量。
在短路 故障发生后约半个周波的时间内，短路电流即达到最 大瞬时值。
该电流对配电网的安全稳定运行具有很大 的危害性，同时对配电设备也造成了威胁[1’2]。
因此，在短路故障发生初期检测出故障并对短路电流进行限 制具有重要的现实意义。
故障限流器（Fault Current Limiter，FCL)可以快速有效地限制短路电流，兼具实 用价值和发展潜力，因而受到了广泛的关注。
短路故障发生后，如何在最短的时间内准确地识 别出短路故障是影响F C L使用效果的重要因素之一。
国内外对短路故障的早期检测已有不少研究，主要分 为硬件和软件两种实现方法。
硬件实现方法有谐振电 压差[3]、移相器[4]、锁相环[5]等方法。
抗干扰能力较 差和检测时间较长是制约硬件方法发展的主要因素。
软件实现方法有线路电流斜率[6]、电流波形曲率[7]、瞬时有功功率[8]、多尺度小波[M°]等方法。
在一定程 度上，软件实现方法比硬件实现方法更具稳定性和灵 活性。
美国电力科学研究院对配电网各种限流技术的研 究结果表明，应用电力电子技术发展短路故障柔性限 流器是可行的途径。
其提出的限流装置的运行原理是：正常情况下开关管连续导通，限流电感被短接; 故障时开关管断开，限流电感投入[11]。
中国电力科学 研究院和华东电网公司等，利用L C串联谐振时压降 为零这一特点，通过优化与设计串联谐振型F C L的过 电压保护电路、最优投切策略以及晶闸管阀自触发保 护动作电压阈值，研制出世界首套适用于500 k V电网 的F C L并成功投运[12_14]。
浙江大学故障限流课题组一 直致力于研究桥式F C L，将其从最初的全控桥式拓扑 改造为半控桥式拓扑，而后进一步改进为单个全控器件 的可控桥式拓扑，在此基础上成功研制了 10 kV/500 A 三相桥式柔性限流器样机[15’16]。
随着柔性交流输电技术的发展，借鉴有源电力滤 波器的技术思路，本文提出基于级联H桥变流器及电 压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法。
首先，综合考虑快速性和稳定性，利用电流半周波曲线与时 间轴围成的面积（下文简称“电流波形面积”）作为判 据，用于诊断短路故障的发生与否。
在检测到故障之 后，将三个单相级联H桥变流器投入配电网，控制其 输出适当的电压以降低故障回路的电源电压，从而达到限流的目的。
该柔性限流装置具有以下几个优点：①省去了庞大的限流电感；②无需与固态断路器配合；③不存在高频振荡问题；④无需考虑直流电感充 电难题；⑤利用电容耦合，省去了庞大的变压器，降 低了造价，且不存在励磁涌流等现象；⑥该拓扑还可 应用于有源滤波等领域，使得线路正常运行时装置不 会闲置。
利用M atlab软件编写程序实现短路故障的早 期检测；利用PSCAD/E M TD C软件搭建10 k V配电网 和级联H桥柔性限流装置并网模型，设计变流器主电 路参数，分析其控制策略。
仿真结果表明了早期检测 算法的快速性、准确性和限流方法的有效性。
1短路故障早期检测方法和柔性限流原理1.1电流波形面积法电网正常运行时，假设线路电流为〖a=/m Sin^，其中〇为电流角频率，/m为电流幅值。
其任意半周波 曲线与时间轴围成的面积为:〇++A|Imsincot |d^Imsincotdt +T_-coscotT_rh+~h-coscotImsincotdt^2/mx 0)(1)式中，~表亦任一时刻。
由式（1)可知，电流半周波曲线与时间轴围成的 面积仅与电流峰值有关，即正常运行时，在配电设备 运行状态及负荷未发生变动的情况下（以下称为“正 常情况”），任意半个周波电流与时间轴围成的面积为 定值。
发生短路故障时，随着电流的突增，电流波形 面积也会增大至另一个数量级，不再为正常情况时的 定值。
因此可用电流波形面积的变化尺度来判断短路 故障的发生与否。
配电网正常运行时，设电流波形面 积为 '引入可靠系数&61，即可得到电流波形面积阈 值为W⑵考虑故障情况与负荷波动、断路器动作等工况的 阈值应有所区别，可靠系数的选取范围为1.5〜1.8。
采用近似法计算半周波面积，假设采样频率为乂，每个点的采样间隔& = l//s，半周波的采样点数为 采样值为％，&，…，&，则近似面积为U,-l +^n\^t \xl + X2\^t \x2+ X3\^tA, =--------r---------+222(3)为进一步提高其抗干扰性，设计i m 低通数字滤50电工技术学报2017年6月波器作为前置滤波单元。
L 2基于电压反馈控制的柔性限流原理为分析基于电压反馈控制的短路故障柔性限流原 理，将级联H 桥柔性限流装置等效为理想的受控电压 源。
由于配电网发生短路故障后，继电保护动作是三 相连跳，因此当早期检测识别出短路故障时，三相限 流器的同时投入不仅节省了判断故障相的时间，也简 化了限流装置的控制。
装置投入后的故障相拓扑等效 图如图l a 所示，级联H 桥与滤波电感、串联电容器 可以等效为受控电压源611，方向与电源电压相反，其 等效图如图l b 所示。
Hh(a )投入限流装置（b )限流装置等效电路图1基于电压反馈控制的故障相柔性限流原理Fig. 1 Fault phase limiting principle based on voltage feedback-^4^fa/fb he Ufc77777VT7/T7VT77~图2投入限流装置后故障点的电流和电压Fig. 2 Currents and voltages of the fault point with current limiter对比式(4)和式(5)可知，加入限流装置后，采用 对称分量法的短路电流分析过程仍然与限流前类似， 只是限流后的电流表达式分母部分需乘上修正系数 1-L同理，结合文献[17]及上述分析过程，可以得到在发生其他类型短路故障的情况下限流装置投入后的故障相电流，这里不再赘述。