柔性直流配电网故障分析

直流配电网故障分析和继电保护综述杨智诚摘要：随着社会经济建设的不断发展，人们对电力的需求越来越大，就目前的实际情况来看，交流配电网已经无法满足目前的电力供应需求了直流配电网逐渐成为城市配电网的重要组成部分。

要想保证直流配电网的稳定运行就必须做好相应的保护工作，本文研究的是直流配电网故障分析和继电保护综述。

关键词：直流配电网；故障分析；故障检测与定位；故障隔离随着供电系统的不断完善和发展，直流配电网在电力系统中发挥着越来越重要的作用。

但就目前的实际情况来看，直流配电技术的应用才刚刚起步，还存在着很多的问题，要想保障直流配电网的稳定运行，需要对相应的保护技术和措施进行进一步的研究。

虽然柔性直流配电技术相较于传统的交流配电技术拥有众多优势，但其目前还处在发展阶段，依然面临着许多问题。

柔性直流配电技术目前的发展瓶颈主要包括以下3点：①直流潮流控制技术；②直流变压技术；③直流故障检测、识别和隔离技术。

其中直流故障快速检测、可靠隔离对保证柔性直流配电网的安全可靠运行具有重要意义，也是本文关注的重点。

目前国内外学者关于直流系统故障检测识别和隔离技术的研究主要可以分为以下3个方面：1、直流配电网故障特性分析直流配电网故障的暂态特性对分析故障原因，进行故障定位，实施故障隔离有着十分重要的影响，因此分析直流配帝王的故障特性是开展相应故障分析和机电保护工作的第一步。

直流配电网的故障暂态特性有很多种，这主要是受到了换流器类型、系统结构以及系统控制策略等因素的影响。

在多种因素的共同作用下，故障暂态过程会形成一个复杂的非线性过程，用传统的故障特性分析法很难对直流配电网的故障特性进行准确并且有效的分析，因此创新和寻找新的分析方法十分重要。

就目前的实际情况来看，应用较多的有，通过简化等效故障放电回路，求解不同阶段所对应故障电流的解析表达式来对故障暂态过程进行描述。

2、直流配电网故障检测与定位原理2.1 电压/电流保护电压/电流保护是通过增大或减小电流幅值，寻找电压、电流变化率的变化来对故障区间进行确定的，原理简单，实现方便，是目前交流配电网中比较常用的一种保护方式，但是其动作速度和选择性很难满足直流配电网的需求，只能用于故障检测之中。

评述柔性直流输电线路故障处理与保护技术作者：钱永亮来源：《中国科技博览》2018年第10期[摘要]柔性直流的输电系统本身的结构与调节形式比较特殊。

因此，对于直流线路的故障的处理与保护具有较高的标准。

基于此，本文对柔性直流的输电线路常见的故障特点进行阐述，简要分析了当前柔性直流线路故障的处理技术，进而对柔性直流的输电线路其故障的处理与保护的关键性技术加以展望。

[关键词]柔性直流输电；故障处理；线路保护技术中图分类号：S924 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0046-01受到柔性直流的输电系统构成与运行机理的影响，直流线路的故障往往具有电流极速上升，峰值较大的特征，所以当故障发生的瞬间，会产生巨大的冲击电流进而给线路带来严重的影响。

所以，对于直流线路的故障进行处理与保护工作应当是全方位的。

怎样迅速辩别柔性直流的线路故障并更好地控制因故障产生的冲击电流，以降低对电力系统的危害是当前电力企业研究人员探讨的重要课题。

一、关于柔性直流的输电线路其故障分析直流线路的故障在柔性直流的输电系统中影响最为恶劣的故障，故障发生以后会迅速地闭锁IGBT。

当产生线路的双极故障的时候，直流线路的分布电容要小于直流侧电容，所以故障分析没有加以考虑。

双极直流的线路发生故障大体可以分为三个过程：即电容放电、二极管的续流、电网电流的馈入过程。

系统的直流线路产生双极故障的特点：故障以后，直流侧的电容会极速放电，几毫秒钟直流的电流会升至峰值，当电容的电压降到零以后，故障便进入二极管续流的过程，经过二极管的电流会超过额定电流的很多倍，这时二极管很容易损坏。

再过一段时间的减退，故障的电流和交流的电网电流差不多，电网便向故障点进行电流的馈入，直流线路的单极故障未有二极管的续流，其特点和双极的故障特点相近，电网的电流进行馈入过程，流经二极管中的电流也是额定电流的十倍。

尤其当直流侧的电容电压从零向负反向充电的时候，电容极易坏伤。

配电网故障原因分析及应对措施
配电网故障是指给用户供电的配电网中发生的突发性故障，主要表现为电流数值异常、电量分配不均、线路断路等。

配电网故障会带来一定程度的用电负荷偏差，会影响用户的正常使用，甚至会引起负荷中断。

因此，对于配电网故障，应尽快找出原因并采取必要措施予以解决。

配电网故障的原因分析可以归结为以下三类：
一、硬件故障原因
这种原因主要指的是配电网中的电网设备，如变压器、断路器、绝缘子等遭受损坏，导致故障的发生。

二、软件故障原因
这种原因主要指的是由于配电网计算机系统、控制系统及人机界面等软件设备遭受损坏，导致故障的发生。

三、操作故障原因
这种原因主要指的是由于配电网操作人员的操作不当或管理不善，导致故障的发生。

针对配电网故障的应对措施，可以概括如下：
一、做好预防
预防就是要对配电网的运行状况进行定期监测，及时发现问题，并采取措施解决。

二、积极处理
一旦发生故障，应及时采取措施处理，尽可能减少故障扩散范围，
并尽快恢复正常供电。

三、完善管理
要建立健全的管理体制，严格完善管理制度，加强配电网安全管理，提高配电网运行安全水平。

配电网故障是给用户供电的配电网中突发性故障，需要科学系统地分析故障原因，采取必要措施予以解决。

为了有效的防止和消除配电网故障，应做好预防，积极处理，完善管理等工作，保证配电网的安全运行，提高使用的可靠性和可用性。

柔性直流输电阀短路故障分析及其保护策略探讨暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档柔性输配电·138·价值工程柔性直流输电阀短路故障分析及其保护策略探讨Valve Fault Analysis of HVDC Flexible and Its Protection Strategies吴翠朋 Wu Cuipeng；周永旺 Zhou Yongwang；陈少华 Chen Shaohua（广东工业大学，广州 510006 ）（Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006，China ）摘要：柔性直流输电技术（HVDC Flexible 采用电压源型换流器）（VSC 以及 PWM 技术，）其中全控型 IGBT 换流阀是 VSC 换流站的核心器件。

本文主要根据柔性直流输电换流桥阀的工作过程，分析了 VSC 换流站整流侧发生阀短路故障时系统交直流侧的故障特征。

总结故障特征并与传统HVDC 系统发生类似故障时的故障特征进行比较，分析传统 HVDC 的保护策略应用于柔性直流输电的可行性。

Abstract ： HVDC Flexible transmission technology uses the Voltage Source Converter(VSC) and PWM technology. The whole controlled valve IGBTs are the key devices of the VSC converter. This paper analyses the characteristics mainly based onthe working process of valves when the valve fault happens.Summed all the characteristics, compared with the traditional HVDC when the same fault happens, the paper analyses whether the protection strategiesof traditional HVDC can be applied to the HVDC Flexible or not. 关键词：柔性直流输电；传统 HVDC；阀短路；桥臂直通；保护策略 Keywords ： HVDC Flexible； traditional HVDC； valve fault； bridge straight-leg； protection strategy中图分类号：TM0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311 （2010 10-0138-02 ）0 引言柔性直流输电是基于电压源型换流器（Voltage Source Converter，） VSC 和全控型器件绝缘栅双极晶体管 IGBT，以及脉宽调制技术（PWM 的一种新型的高压直流输电技术。

直流配电网故障分析和继电保护综述摘要：直流配电网是未来城市配电网的重要组成部分，文章对目前国内外学者关于直流配电网方面的研究工作进行了综述。

首先分析了基于两电平VSC换流器和基于模块化多电平换流器的直流系统的故障特征，将故障过程划分为多个阶段，通过理论分析得到了各阶段的故障电流解析表达式。

其次介绍了各种适用于直流配电网的故障检测和定位原理，主要包括电压/电流保护、边界保护、纵联保护、分区保护、“握手法”等。

然后，通过对比采用交流断路器、利用换流器自清除能力和采用直流断路器的3种故障隔离方案，对直流配电网的故障隔离策略进行了分析。

最后从接地方式、保护与控制一体化、故障电流限制等方面，对配电网故障分析与处理的研究提出了建议。

关键词：直流配电网；故障分析；继电保护综述引言配电网中的故障恢复问题，是指配电网故障发生以后，经过故障定位和隔离，将故障排除，然后采用一系列的故障恢复策略，对配电网的联络开关及分段开关进行操作，将失电负荷转移到其他馈线或其他供电区域进行供电，快速有效的寻找到非故障区断的最佳恢复供电路径，完成配电网故障恢复的任务。

配电网故障恢复是一个多目标、多维数、多约束、多时段非线性的组态优化问题，是配电网故障自愈中的重要一环。

传统的交流配电网故障恢复问题是在系统允许的操作条件及电气约束下，利用网络重构将停电区域的失电负荷转供到正常供电线路上，恢复非故障区段的供电。

实际上，配电网调度员不仅需要快速有效的恢复供电，而且需要考虑开关操作寿命及有限的人力资源，要求开关操作次数尽量少。

目前国内外对故障恢复策略的研究主要针对交流配电网以及含有分布式电源的交流配电网，对含有直流配电线路的故障恢复研究还很少。

因此，本文提出含有直流配电线路的配电网故障恢复方法。

1概述柔性直流输电技术凭借其在传输容量、线损、可靠性以及有功和无功的独立灵活控制等方面的巨大优势，已经广泛应用于远距离大容量输电领域［1］。

而在电压等级较低的中低压配电网领域，直流配电技术虽然也具有可靠性高、线损小、便于光伏等分布式新能源接入等优点，但应用才刚刚起步，目前还仅应用于一些大规模工业园区、船舶供电、轨道交通等领域。

柔性输电线路的相关保护配置及故障处理方法摘要：柔性输电线路系统主要以直流输电系统为例，柔性直流输电系统具有自身结构的特殊性以及调节方式的不同，使直流线路中经常出现的故障电流呈现峰值较大、上升速度较快的特点。

这种特点很容易造成设备的绝缘和电气元件的损坏。

根据柔性直流输电系统出现的故障，提出相关地保护装置的技术方法，根据柔性直流线路的特性，通过抑制电流、减少故障的影响、输电线路的保护原理等方面着手。

此文重点分析了柔性直流输电电路系统与常规交流长距离输电电路系统的区别，通过对比，分析其优缺点，制定相应的保护装置措施。

关键词：柔性输电系统；保护装置；故障处理引言柔性直流电路输电系统是基于电压型换流器和模块化多点平换流器的基础上，它具有无功功率、调节有功功率和向无源网络供电等特点。

它和传统上的高压直流输出电路系统有很大区别，它主要适用于大规模的可再生能源的远距离输送上，比如太阳能、风能等等。

而柔性直流电路输电系统也有其自身的不足，对低压限流功能的缺乏以及没有成熟的直流开关元件。

基于柔性直流输电电路的特性，其故障特征更加复杂、难以把握，所以对于柔性直流输电电路的要求也是更高的。

通过对柔性直流输电电路的保护装置以及故障排除的了解，使实际工作中可以及时了解问题所在，及时解决、排除故障。

1.柔性直流输电电路系统与交流输电点路系统（1）柔性直流输电电路系统的概念柔性直流输电电路系统是基于电压源换流器的高压直流输电技术，它是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术。

（2）直流输电的特点柔性直流输电电路系统的优点主要体现在不会换相失败、易于构成多端直流系统、无源网络供电以及换流器的独立性等。

它在结构上与一般的高压直流输电类似，任然是通过换来器和直流输电线路。

2.交流输电电路系统（1）交流输电电路概念交流输电电路系统是以交流电流传输电能的，它的出现相对于直流输电电路系统较晚。

常规的交流输电电路系统主要是指柔性交流输电电路系统，他实现了对输电系统给的多样性，扩大了电路输送的距离、增加了输送容量以及提高了输电线路的电压等级。

第40卷第5期712021 年 9 月电力工程技*Electric Power Engineering Technology D0I ：1052158/j5096W203.2021.05510柔直电网站内单相接地故障分析及过电压抑制李岩，黄豫，潘旭东，袁康龙（南方电网能源发展研究院有限责任公司，广东广州510623）摘要：柔直电网换流站內单相接地故障的电磁暂态过程复杂且易产生过电压，严重影响系统的安全稳定运行。

文中将换流站內单相接地故障分成交流故障区和直流故障区,首先采用复合序网络定量分析交流侧过电压机理及零序电压特征。

然后，基于换流器控制器方程推导得到故障序分量从交流侧向直流侧传播的规律，得出零序电压 是导致直流侧和其他换流站过电压的主要因素。

此外，为了抑制直流侧过电压，提出一种零序过电压控制方法，并给出控制器参数的选择方案。

最后，基于PSCAD 搭建柔直电网仿真模型，仿真结果验证了故障机理推演的正确性及过电压抑制策略的有效性，提升了站內单相接地故障后的安全稳定运行能力。

关键词：柔直电网；单相接地;故障机理；零序电压;模块化多电平换流器（MMC ）；过电压抑制中图分类号:TM71 文献标志码：A 文章编号：2096-3203（ 2021） 05-0071-070引言柔性直流电网（以下简称柔直电网）具有功率 解耦控制、无换相失败、无需大容量无功补偿装置等优点，是解决可再生能源并网、异步交流电网互联、海上孤岛供电、城市配电网增容等问题的重要手段，亦是现代直流输电技术发展和变革的主要趋 势之一+1,5-#然而，由于柔直电网含有大量电感、分布电容以及电力电子元件，其故障后的电磁暂态过 程十分复杂，易引发系统过电压等问题，这是制约 该技术快速发展的重要因素之一+6,12- #针对柔直电网的故障暂态特性及过电压分析,已有研究按故障发生区域，一般将故障分为直流侧故障、换流站内故障和交流侧故障。

文献［13—15］ 分析了对称单极柔直电网直流侧单极接地故障的暂态过程和过电压大小，提出非故障极充电是导致直流侧过电压的主要原因，并详细分析了接地方式、换流站闭锁、故障距离等因素对过电压的影响。

柔性直流输电线路故障定位分析与研究作者：吴哲来源：《中国科技纵横》2015年第24期【摘要】随着直流输电技术的发展，柔性直流输电在生活和生产中应用越来越广泛。

由于直流输电线路往往距离比较远，故障发生率比较高。

要确保直流输电系统可靠安全运行，快速诊断和消除输电线路故障就显得尤为重要。

本文对现有的直流输电线路故障定位位方法的应用和优缺点进行了分析和讨论，并根据多年的经验对今后直流输电线路故障定位的研究提出了一些建议。

【关键词】柔性直流输电线路行波分析法故障分析法1概述柔性直流输电与交流输电比较，具有输送电量大、输送距离长、配电网络互联简便、送电功率容易调节、输电走廊占用空间小等特点。

因此在远距离输电、分布式电能并网、岛屿供电以及城市中心区域供电等方面优势明显。

如今直流输电工程数量逐渐增多，柔性直流输电在我国发展十分迅速。

直流系统中，由于雷电、树木遮挡和污染物附着导致输电线路故障率往往比较高。

同时由于直流输电线路距离往往比较远、经常跨越各种地形穿越不同气候区域，导致高故障率的同时，也造成故障的诊断和恢复难度加大。

因此，快速准确的定位故障，可以加快故障排除速度、大大降低停电造成的损失，对提高输电系统综合性能指标具有重要意义。

[1]2 柔性直流输电线路故障定位方法的研究目前，直流输电线路的故障定位方法主要有行波分析法和故障分析法。

其中行波分析法的应用最为广泛。

行波分析法包括A、B、C、D、E、F五种类型，其中A、C、E、F应用单端分析原理，B、D采用双端分析原理。

根据电气数据来源故障分析法可分为单端分析法和双端分析法两种，根据电气数据形式可分成频域分析法和时域分析法。

[2]2.1直流输电线路故障定位的行波分析法行波分析定位法最初应用于交流线路的故障分析，因为暂态行波在线路中断传输速度稳定，因此故障距离可以通过测量行波在母线和故障点之间的传输时间计算得出。

从理论上讲，行波分析法的可靠性和测量精度与输电线路类型、故障阻抗和两侧系统特性无关。

柔性互联配电系统连锁故障风险评估在当今社会，电力供应的稳定性和可靠性对于各行各业以及人们的日常生活至关重要。

随着电力系统的不断发展和复杂程度的增加，柔性互联配电系统应运而生。

然而，与之相伴的是连锁故障风险的挑战。

柔性互联配电系统是一种具有先进技术和灵活控制能力的电力配送架构。

它通过电力电子装置实现不同区域电网之间的灵活连接和功率交换，从而提高电力系统的运行效率和可靠性。

但这种复杂性也带来了潜在的风险，其中连锁故障就是一个不容忽视的问题。

连锁故障通常是指一个初始故障在系统中传播和扩散，引发一系列相继的故障，最终导致大面积停电。

在柔性互联配电系统中，由于电力电子装置的快速响应特性和系统的复杂交互作用，连锁故障的发生和传播机制更为复杂。

要评估柔性互联配电系统的连锁故障风险，首先需要考虑系统的拓扑结构。

系统的拓扑结构决定了电力的传输路径和节点之间的连接关系。

不同的拓扑结构在面对故障时的稳定性和脆弱性有所不同。

例如，环状结构在某些情况下可能提供更多的备用路径，但在故障传播时也可能带来更大的影响。

电力电子装置的性能和控制策略也是关键因素。

这些装置的响应速度、过载能力和故障保护机制直接影响着系统在故障情况下的表现。

如果控制策略不合理或者装置性能不足，可能无法及时有效地抑制故障的传播，从而增加连锁故障的风险。

系统的负荷特性也不能忽视。

负荷的大小、分布以及变化规律都会对系统的稳定性产生影响。

高峰负荷时期，系统的运行压力增大，更容易引发故障；而不均匀的负荷分布可能导致部分区域的电网过载，成为故障的起始点。

此外，外部环境因素如自然灾害、人为破坏等也可能导致初始故障的发生，进而引发连锁故障。

例如，强烈的暴风雨可能导致输电线路损坏，而人为的误操作可能触发电力系统的故障保护动作。

为了评估连锁故障风险，我们需要采用一系列的方法和技术。

其中，基于仿真的方法被广泛应用。

通过建立详细的系统模型，模拟各种可能的故障场景，观察系统的响应和故障的传播过程，可以对风险进行定量评估。

分析柔性直流输电系统孤岛运行方式下的故障电流抑制措施摘要：本文主要针对无源孤岛方式下交流故障导致换流器过流跳闸的缺陷，提出一种柔性直流输电系统在孤岛运行方式下的故障电流抑制和启动控制方法，实现了孤岛运行下各类故障的穿越要求及孤岛方式下的正常升压启动。

采用实际工程五端控制保护样机和RTLAB数字仿真模型，证实了所述方案的可行性和有效性。

关键词：柔性直流；输电系统；孤岛运行；故障；电流；抑制措施柔性直流输电技术因其灵活的控制调节能力，近年来受到了国内外学术界和工程界广泛的关注和研究。

柔性直流输电系统无功控制模式包括交流电压控制和无功功率控制，有功控制模式包括有功功率控制、频率控制及定直流电压控制。

但当柔性直流输电系统从交直流并列运行转为孤岛或者与较弱系统连接运行时，如果采用上述常规控制方式，存在控制系统稳定性和动态性能差的缺点，所以孤岛系统的交流侧频率必须依靠柔性直流来维持。

柔性直流输电采用交流电压和频率的控制方式，这种控制方式往往是开环控制方式，在孤岛运行方式下发生交流系统故障时，柔性直流换流站由于过流导致跳闸。

可见，有必要研究柔性直流输电系统在孤岛运行方式下的闭环控制。

目前闭环控制设计方式分为以下几种：幅相控制、直接电压控制、直接电流控制和非线性控制等。

幅相控制器是满足孤岛稳态运行的一种控制方式，相关研究设计了电压源换流器型高压直流（VSC-HVDC）向无源网络供电的直接电压控制器，但不具备交流故障穿越能力。

相关研究研究了孤岛运行情况下与联网状态运行的相互转换方法，特点是模块化多电平换流器（MMC）在联网状态和孤岛状态间转换时无需切换控制器，转换过程中系统的响应特性较为平滑，缺点是MMC联网时无法精准控制有功和无功功率，并且由于使用了有功—频率下垂控制，向无源孤岛供电时，网侧交流电压频率会随孤岛负荷的波动而波动。

相关研究设计了向无源网络供电的类似有源控制下的双环控制器，该控制器设计虽然考虑了较快的电流响应速度及稳态电流控制，适合于稳态运行，但实际存在故障后电压降低短时间内电流瞬间升高导致过流跳闸的缺点。

《基于MMC的柔性直流配电网保护方案研究》篇一一、引言随着电力系统的不断发展，柔性直流配电网作为一种新型的配电系统，在电力传输和分配中发挥着越来越重要的作用。

而模块化多电平换流器（MMC）作为柔性直流输电的核心设备，其保护方案的研究对于整个配电网的安全稳定运行至关重要。

本文将就基于MMC的柔性直流配网保护方案进行深入研究，以期为实际工程应用提供理论支持。

二、MMC技术概述MMC技术是一种基于多电平技术的换流器技术，具有较高的电压传输能力、低谐波污染和灵活的控制策略等优点。

MMC 的组成主要由子模块、桥臂和上下两个电桥构成，其中每个子模块包含一个全控型开关器件和一个限流电感。

MMC通过控制子模块的开关状态，实现直流电的传输和分配。

三、柔性直流配电网保护需求分析柔性直流配电网具有高可靠性、高灵活性、低损耗等优点，但同时也面临着诸多挑战，如故障定位、故障隔离、系统保护等问题。

针对这些问题，需要设计一套有效的保护方案，以保障配电网的安全稳定运行。

保护方案需要具备快速性、准确性、可靠性和灵活性等特点。

四、基于MMC的柔性直流配网保护方案设计针对柔性直流配电网的保护需求，本文提出了一种基于MMC的柔性直流配网保护方案。

该方案主要包括以下几个方面：1. 故障检测与定位通过采集MMC各相电压、电流等信号，结合电力电子技术，实时监测配电网的运行状态。

当发生故障时，通过分析故障电流、电压等特征，快速定位故障位置。

2. 故障隔离与恢复一旦检测到故障，保护方案将迅速启动故障隔离策略，通过控制MMC的开关状态，将故障区域与正常区域隔离。

同时，启动恢复策略，尽快恢复非故障区域的供电。

3. 系统保护与协调控制为保证整个配网系统的安全稳定运行，需对系统进行全面保护。

通过设置过流、过压、欠压等保护措施，防止设备损坏。

同时，通过协调控制策略，实现各保护装置之间的配合与联动。

五、方案实施与验证为验证本文所提保护方案的可行性和有效性，可在实际工程中进行应用与验证。