徐永广

摘 要：近年来，随着直流输电线路越来越多地被正式投入使用，在运行过程中出现的交直流系统连锁故障也比较多，之于此本文提出了一种基于OPA模型的系统连锁故障模型，该模型结合100赫兹的直流系统保护装置，模拟了该系统的调度环节，深入分析了交直流系统之间的故障传播以及对停电风险进行阐述，此外，该模型采用直流系统的等效导纳参数来计算短路电压，提高了实际计算效率，希望能给相关工作人员提供帮助。

关键词：交直流系统；连锁故障；模型；停电；风险；

如今人们的日常生活和社会生产各领域都离不开电力，同时高符合的电网也引起了很多停电事故，给人们的生活带来了一定的影响。因此，探讨连锁故障模型以及对停电风险分析的研究成为当前研究热点。直流输电线路投运数量逐渐增加，如今在地铁运营过程中交直流电混合系统也得到广泛应用，我国很多地区电网已实现了直流互联，其中昆明地铁运营所设电网具有多个直流落点，也具备特高压交流落点，由于行程交直流互联电网，使得系统更具备复杂多样性的快点，该电网的停电风险和故障机理有待研究。比如在2009年由于电力故障而导致交直流系统产生低电压，最终引发巴西电网发出的高压电流输电线路产生闭锁，导致巴西整个国家50%范围内产生负荷失电现象，由此可见交直流系统之间的相互影响是比较重要的。而且在进行交直流系统连锁故障分析过程中，需要考虑直流输电这一因素，目前，几乎所有大规模的停电模型都是属于纯交流系统，而交直流系统停电模型的相关性研究却比较少，为此本文通过提出一种新型的交直流混合系统的停电模型，并采用仿真软件实现电网连锁故障动态分析，对比了处于不同控制模式下的交流系统在传输容量分配下的停电概率，综合考虑了直流系统闭锁等多种典型的响应，能够用于指导直流系统控制方式，以及合理安排交直流系统运行方式。本文以交直流系统调度环节展开分析，通过阐述直流输电系统可控性对于整个系统的停电风险的影响，采用短路电压计算来代替动态仿真过程，不断提高计算连锁故障的效率，基于该模型分析不同的互联模式下调度环节对于停电风险的影响。

一、直流系统的响应模块

直流系统在参与整个连锁故障过程中主要以三种方式呈现，直流系统本身产生故障时进行运行自动退出，这种情况在故障模拟中可以用直流系统故障概率进行表示；交流系统故障能够直接引起直流系统的闭锁现象。本文综合考虑100赫兹下的谐波保护，换流变压器中性点零序过电流保护和换相失败保护这三种方式。直流系统保护出发的直流闭锁是为了能够提高计算效率，采用短路电压计算的方式来进行估计交流系统故障对于直流系统的影响，主要通过主保护和后备保护动作时间来表示故障持续的时间，而直流系统保护是通过故障过程中直流系统交流测低电压的阈值范围以及故障持续的时间值来决定系统是否动作；直流系统的紧急调节功率。

（一）直流系统的保护模型

一般来说当交流系统在不对称的条件下发生接地故障过程中会出现100赫兹，尤其是在检测过程中，如果该电流数字达到一定的标准范围之后，会自动启动过电流保护，直接导致闭锁直流系统。从计算角度来看，当交流系统的参数和运行达到要求时，会在是的100赫兹的交流与负序电流产生正比例关系，这种情况下，能够将这种假设发生不对称短路电流故障以及负序电压和直流侧电力的系数设定为k1和k2，可以用以下公式进行表示。

IR100=K1VR50 II100=K2VI50

从换相失败保护来看，这种保护模型是在交直流系统故障中比较典型的一种，主要是由于逆变器换相失败而导致这种现象产生的，从之前的文献报道可以知道，在交流系统发生三相短路时就会导致这种换相失败的产生，并且交流母线也会有此产生较低的电压值，尤其是当三相短路出现故障之后，很多情况下直流系統逆变侧交流母线电压会持续运行一段时间，而且数值会发生明显的下降，与标准参数有明显差异，这种情况下就是换相失败，需要将保护闭锁直流系统进行启动。

（二）安全稳定性控制

当直流线路出现闭锁时，一些基本的功率输出功能也会有一定的限制，在在此基础上为了能够稳定交流电网，需要根据实际的电网运行情况，按照相关内容和标准将送端机组进行切除。在并联情况下交流线路发生故障也是常见的，为了能够保证两侧功率的正常传输，也为了进一步稳定整个电力系统，需要及时将电流系统功率进行启动。

（三）直流系统的响应步骤

在发生电力故障时需要根据实际的运行情况和故障位置进行确认，利用拓扑分析的方式进一步来分析短路故障与直流线路的具体情况，此外要对故障发生的持续性时间进行具体分析，可以通过计算的方式在故障发生之后，对交流测电压进行计算与分析，根据不同的故障类型来判定短路电压是否比给定的标准阈值低，根据故障信息的实际情况，对直流线路安全控制策略的稳定性进行综合分析是否需要正常启动，而如果需要重新启动时需要进行安全控制策略调整，对直流系统的运行情况要进行判断，工作人员要观察是否发生变化，在发生变化时，需要将控制方式进行一定程度的调整，最后要退出响应的模块。

二、交直流系统连锁故障模型设计

本文所构建的交直流系统连锁故障模型是基于OPA模型基础上，为了能够提高系统的响应模块，实现交流系统的拓展性，在故障发生时，增加单、双、三相故障，从整个流程图分析可知，这种模型不是依赖全面的暂态仿真模式，该模型的计算速度和整体的运行效率是比较高的。

三、仿真分析与研究

为了能够提高研究效果与电力运行效率，可以采取以下三种系统：单直流互联方式，这种方式使在IEEE系统背景下进行改造的，主要通过两个电气岛之间来设定四条直流联络线；交直流并联互联方式，该方式需要设定直流联络线，数量为两条，是比较少的一种互联方式；第三种是单交流互联方式，这种方式比较特殊，需要将直流联络线摒弃，并利用交流联络线进行代替，从整体角度来看，由于交直流系统连锁故障会引发停电的现象产生，为了能够提高仿真效率，可以采用便采样方式来不断提高故障率，此外在本文仿真研究过程中，利用上述三种互联方式并结合高效的计算方式，就可以获得响应的条件分布。不同的系统互连方式在发生大面积停电事故时基本上是纯直流互联方式，且由分析可知，这种方式中直流线路会发生闭锁现象，最终会引起电力系统的不平衡功率，最终同样导致停电现象。而对于纯交流联方式来说不会由于线路发生故障而影响传输能力，因此该方式所响应的停电风险是比较小的。

小结

本文基于OPA模型提出了一种的交直流系统连锁故障模型，通过阐述直流输电系统可控性对于整个系统的停电风险的影响，采用短路电压计算来代替动态仿真过程，不断提高计算连锁故障的效率，并分析了不同的互联模式下调度环节对于停电风险的影响。从仿真效果来看，纯直流互联方式系统不会受到交流系统短路故障的影响，采取合理的调度操作能够显著降低纯直流互联方式系统的停电风险，对昆明地铁运营电网来说，需要提高直流附近交流电网主保护正确动作率，同时需要防止直流系统的过保护，需要利用直流线路的快速调节来控制故障的进一步传播。

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