交直流系統(tǒng)連鎖故障模型及停電風(fēng)險分析

1、    交直流系統(tǒng)連鎖故障模型及停電風(fēng)險分析    徐永廣摘 要：近年來，隨著直流輸電線路越來越多地被正式投入使用，在運行過程中出現(xiàn)的交直流系統(tǒng)連鎖故障也比較多，之于此本文提出了一種基于opa模型的系統(tǒng)連鎖故障模型，該模型結(jié)合100赫茲的直流系統(tǒng)保護(hù)裝置，模擬了該系統(tǒng)的調(diào)度環(huán)節(jié)，深入分析了交直流系統(tǒng)之間的故障傳播以及對停電風(fēng)險進(jìn)行闡述，此外，該模型采用直流系統(tǒng)的等效導(dǎo)納參數(shù)來計算短路電壓，提高了實際計算效率，希望能給相關(guān)工作人員提供幫助。關(guān)鍵詞：交直流系統(tǒng)；連鎖故障；模型；停電；風(fēng)險；如今人們的日常生活和社會生產(chǎn)各領(lǐng)域都離不開電力，同時高符合的電網(wǎng)也引起

2、了很多停電事故，給人們的生活帶來了一定的影響。因此，探討連鎖故障模型以及對停電風(fēng)險分析的研究成為當(dāng)前研究熱點。直流輸電線路投運數(shù)量逐漸增加，如今在地鐵運營過程中交直流電混合系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用，我國很多地區(qū)電網(wǎng)已實現(xiàn)了直流互聯(lián)，其中昆明地鐵運營所設(shè)電網(wǎng)具有多個直流落點，也具備特高壓交流落點，由于行程交直流互聯(lián)電網(wǎng)，使得系統(tǒng)更具備復(fù)雜多樣性的快點，該電網(wǎng)的停電風(fēng)險和故障機(jī)理有待研究。比如在2009年由于電力故障而導(dǎo)致交直流系統(tǒng)產(chǎn)生低電壓，最終引發(fā)巴西電網(wǎng)發(fā)出的高壓電流輸電線路產(chǎn)生閉鎖，導(dǎo)致巴西整個國家50%范圍內(nèi)產(chǎn)生負(fù)荷失電現(xiàn)象，由此可見交直流系統(tǒng)之間的相互影響是比較重要的。而且在進(jìn)行交直流系統(tǒng)連

3、鎖故障分析過程中，需要考慮直流輸電這一因素，目前，幾乎所有大規(guī)模的停電模型都是屬于純交流系統(tǒng)，而交直流系統(tǒng)停電模型的相關(guān)性研究卻比較少，為此本文通過提出一種新型的交直流混合系統(tǒng)的停電模型，并采用仿真軟件實現(xiàn)電網(wǎng)連鎖故障動態(tài)分析，對比了處于不同控制模式下的交流系統(tǒng)在傳輸容量分配下的停電概率，綜合考慮了直流系統(tǒng)閉鎖等多種典型的響應(yīng)，能夠用于指導(dǎo)直流系統(tǒng)控制方式，以及合理安排交直流系統(tǒng)運行方式。本文以交直流系統(tǒng)調(diào)度環(huán)節(jié)展開分析，通過闡述直流輸電系統(tǒng)可控性對于整個系統(tǒng)的停電風(fēng)險的影響，采用短路電壓計算來代替動態(tài)仿真過程，不斷提高計算連鎖故障的效率，基于該模型分析不同的互聯(lián)模式下調(diào)度環(huán)節(jié)對于停電風(fēng)險的影

4、響。一、直流系統(tǒng)的響應(yīng)模塊直流系統(tǒng)在參與整個連鎖故障過程中主要以三種方式呈現(xiàn)，直流系統(tǒng)本身產(chǎn)生故障時進(jìn)行運行自動退出，這種情況在故障模擬中可以用直流系統(tǒng)故障概率進(jìn)行表示；交流系統(tǒng)故障能夠直接引起直流系統(tǒng)的閉鎖現(xiàn)象。本文綜合考慮100赫茲下的諧波保護(hù)，換流變壓器中性點零序過電流保護(hù)和換相失敗保護(hù)這三種方式。直流系統(tǒng)保護(hù)出發(fā)的直流閉鎖是為了能夠提高計算效率，采用短路電壓計算的方式來進(jìn)行估計交流系統(tǒng)故障對于直流系統(tǒng)的影響，主要通過主保護(hù)和后備保護(hù)動作時間來表示故障持續(xù)的時間，而直流系統(tǒng)保護(hù)是通過故障過程中直流系統(tǒng)交流測低電壓的閾值范圍以及故障持續(xù)的時間值來決定系統(tǒng)是否動作；直流系統(tǒng)的緊急調(diào)節(jié)功率。（

5、一）直流系統(tǒng)的保護(hù)模型一般來說當(dāng)交流系統(tǒng)在不對稱的條件下發(fā)生接地故障過程中會出現(xiàn)100赫茲，尤其是在檢測過程中，如果該電流數(shù)字達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之后，會自動啟動過電流保護(hù)，直接導(dǎo)致閉鎖直流系統(tǒng)。從計算角度來看，當(dāng)交流系統(tǒng)的參數(shù)和運行達(dá)到要求時，會在是的100赫茲的交流與負(fù)序電流產(chǎn)生正比例關(guān)系，這種情況下，能夠?qū)⑦@種假設(shè)發(fā)生不對稱短路電流故障以及負(fù)序電壓和直流側(cè)電力的系數(shù)設(shè)定為k1和k2，可以用以下公式進(jìn)行表示。ir100=k1vr50 ii100=k2vi50從換相失敗保護(hù)來看，這種保護(hù)模型是在交直流系統(tǒng)故障中比較典型的一種，主要是由于逆變器換相失敗而導(dǎo)致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的，從之前的文獻(xiàn)報道可以知

6、道，在交流系統(tǒng)發(fā)生三相短路時就會導(dǎo)致這種換相失敗的產(chǎn)生，并且交流母線也會有此產(chǎn)生較低的電壓值，尤其是當(dāng)三相短路出現(xiàn)故障之后，很多情況下直流系統(tǒng)逆變側(cè)交流母線電壓會持續(xù)運行一段時間，而且數(shù)值會發(fā)生明顯的下降，與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有明顯差異，這種情況下就是換相失敗，需要將保護(hù)閉鎖直流系統(tǒng)進(jìn)行啟動。（二）安全穩(wěn)定性控制當(dāng)直流線路出現(xiàn)閉鎖時，一些基本的功率輸出功能也會有一定的限制，在在此基礎(chǔ)上為了能夠穩(wěn)定交流電網(wǎng)，需要根據(jù)實際的電網(wǎng)運行情況，按照相關(guān)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)將送端機(jī)組進(jìn)行切除。在并聯(lián)情況下交流線路發(fā)生故障也是常見的，為了能夠保證兩側(cè)功率的正常傳輸，也為了進(jìn)一步穩(wěn)定整個電力系統(tǒng)，需要及時將電流系統(tǒng)功率進(jìn)行啟動。

7、（三）直流系統(tǒng)的響應(yīng)步驟在發(fā)生電力故障時需要根據(jù)實際的運行情況和故障位置進(jìn)行確認(rèn)，利用拓?fù)浞治龅姆绞竭M(jìn)一步來分析短路故障與直流線路的具體情況，此外要對故障發(fā)生的持續(xù)性時間進(jìn)行具體分析，可以通過計算的方式在故障發(fā)生之后，對交流測電壓進(jìn)行計算與分析，根據(jù)不同的故障類型來判定短路電壓是否比給定的標(biāo)準(zhǔn)閾值低，根據(jù)故障信息的實際情況，對直流線路安全控制策略的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析是否需要正常啟動，而如果需要重新啟動時需要進(jìn)行安全控制策略調(diào)整，對直流系統(tǒng)的運行情況要進(jìn)行判斷，工作人員要觀察是否發(fā)生變化，在發(fā)生變化時，需要將控制方式進(jìn)行一定程度的調(diào)整，最后要退出響應(yīng)的模塊。二、交直流系統(tǒng)連鎖故障模型設(shè)計本文所構(gòu)

8、建的交直流系統(tǒng)連鎖故障模型是基于opa模型基礎(chǔ)上，為了能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)模塊，實現(xiàn)交流系統(tǒng)的拓展性，在故障發(fā)生時，增加單、雙、三相故障，從整個流程圖分析可知，這種模型不是依賴全面的暫態(tài)仿真模式，該模型的計算速度和整體的運行效率是比較高的。三、仿真分析與研究為了能夠提高研究效果與電力運行效率，可以采取以下三種系統(tǒng)：單直流互聯(lián)方式，這種方式使在ieee系統(tǒng)背景下進(jìn)行改造的，主要通過兩個電氣島之間來設(shè)定四條直流聯(lián)絡(luò)線；交直流并聯(lián)互聯(lián)方式，該方式需要設(shè)定直流聯(lián)絡(luò)線，數(shù)量為兩條，是比較少的一種互聯(lián)方式；第三種是單交流互聯(lián)方式，這種方式比較特殊，需要將直流聯(lián)絡(luò)線摒棄，并利用交流聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行代替，從整體角度來

9、看，由于交直流系統(tǒng)連鎖故障會引發(fā)停電的現(xiàn)象產(chǎn)生，為了能夠提高仿真效率，可以采用便采樣方式來不斷提高故障率，此外在本文仿真研究過程中，利用上述三種互聯(lián)方式并結(jié)合高效的計算方式，就可以獲得響應(yīng)的條件分布。不同的系統(tǒng)互連方式在發(fā)生大面積停電事故時基本上是純直流互聯(lián)方式，且由分析可知，這種方式中直流線路會發(fā)生閉鎖現(xiàn)象，最終會引起電力系統(tǒng)的不平衡功率，最終同樣導(dǎo)致停電現(xiàn)象。而對于純交流聯(lián)方式來說不會由于線路發(fā)生故障而影響傳輸能力，因此該方式所響應(yīng)的停電風(fēng)險是比較小的。小結(jié)本文基于opa模型提出了一種的交直流系統(tǒng)連鎖故障模型，通過闡述直流輸電系統(tǒng)可控性對于整個系統(tǒng)的停電風(fēng)險的影響，采用短路電壓計算來代替動態(tài)仿真過程，不斷提高計算連鎖故障的效率，并分析了不同的互聯(lián)模式下調(diào)度環(huán)節(jié)對于停電風(fēng)險的影響。從仿真效果來看，純直流互聯(lián)方式系統(tǒng)不會受到交流系統(tǒng)短路故障的影響，采取合理的調(diào)度操作能夠顯著降低純直流互聯(lián)方式系統(tǒng)的停電風(fēng)險，對昆明地鐵運營電網(wǎng)來說，需要提高直流附近交流電網(wǎng)主保護(hù)正確動作率，同時需要防止直流系統(tǒng)的過保護(hù)，需要利用直流線路的快速調(diào)節(jié)來控制故障的進(jìn)一步傳播。參考文獻(xiàn)：1屠競哲，甘德強，辛煥海，汪震 .考慮連鎖故障風(fēng)險的交直流混聯(lián)系統(tǒng)容量最優(yōu)分配j.電網(wǎng)技術(shù)，2013年第9期： 2492-2499.2屠競哲，甘德強，于洋，辛煥海，汪震，史濟(jì)全 .直流輸電對交直流互聯(lián)系統(tǒng)自組