姜田貴，謝曄源, 李洪濤,連建陽, 邱德鋒

(1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京市 211002；2. 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市 100031)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置接地故障分析

姜田貴1，謝曄源1, 李洪濤2,連建陽1, 邱德鋒1

(1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京市 211002；2. 國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市 100031)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)采用無連接變壓器接線方式的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置與交流系統(tǒng)共用接地支路，裝置的接地故障特性不同于常規(guī)有連接變壓器的換流裝置，需要對(duì)其接地故障特性進(jìn)行分析，為裝置故障診斷、保護(hù)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。分析了基于模塊化多電平換流器的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置交流側(cè)單相接地故障時(shí)的故障機(jī)理，闡述了故障后裝置故障側(cè)和非故障側(cè)換流器的電氣量特征，分析了柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置直流單極接地故障特性，推導(dǎo)了故障后換流器在不同工作模式下故障電流的解析方程，指出在消弧線圈接地支路增加阻尼電阻可以加快故障電流衰減。通過建立的基于模塊化多電平換流器的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置PSCAD/EMTDC仿真模型，驗(yàn)證了本文故障特性分析的正確性和有效性。

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置；消弧線圈接地；模塊化多電平換流器；單相接地故障；直流單極接地故障

0 引 言

電壓源型換流器(voltage source converter，VSC)可以實(shí)現(xiàn)AC/DC變換，其有功、無功可以獨(dú)立解耦控制，是柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的核心組成部分。基于VSC的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置連接配電網(wǎng)多個(gè)交流分段母線，可以實(shí)現(xiàn)交流配電網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行，改善交流配電系統(tǒng)的功率和電壓控制能力，提高配電網(wǎng)的供電可靠性[1-3]。柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置是交直流混合配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。

模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)是電壓源型換流器的一種，采用子模塊級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)多電平輸出，無需器件直接串聯(lián)，具有損耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外柔性直流工程中得到了廣泛的應(yīng)用[4-7]。MMC是柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的優(yōu)選換流器方案。MMC多采用連接變壓器與交流電網(wǎng)相連接，連接變壓器可以實(shí)現(xiàn)交直流系統(tǒng)間的故障隔離，但也使得系統(tǒng)的整體占地和造價(jià)大幅增加。城市配電網(wǎng)對(duì)電力裝置的體積占地具有較高的要求，柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置應(yīng)用于城市配電網(wǎng)時(shí)需要采用緊湊型設(shè)計(jì)方案。若可以省去柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置中換流器與交流系統(tǒng)的連接變壓器，則可以顯著減少系統(tǒng)的整體投資和占地。

接地故障是換流裝置常見的故障類型。換流裝置的故障特性與換流器拓?fù)?、接地方式及其所接入的交流系統(tǒng)的接地方式相關(guān)。城市配電中普遍采用了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中換流裝置采用無連接變壓器的接線方式時(shí)，換流器的交流輸出端直接連接至交流電網(wǎng)，裝置與交流系統(tǒng)共用接地支路。

采用無連接變壓器接線方式的換流裝置交流側(cè)和直流側(cè)接地故障特性不同于常規(guī)的有連接變壓器的換流裝置。對(duì)于常規(guī)的采用連接變壓器與交流電網(wǎng)連接換流器的接地故障特性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了較多的研究[4,8-11]。文獻(xiàn)[4]分析了MMC直流單極接地故障特性，文獻(xiàn)[8]分析了兩電平換流器交流接地故障對(duì)直流配電網(wǎng)電壓平衡的影響，文獻(xiàn)[9]分析了VSC-HVDC站內(nèi)交流母線的故障現(xiàn)象及機(jī)制，文獻(xiàn)[10]分析了基于MMC的多端直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)故障控制保護(hù)策略，文獻(xiàn)[11]分析了兩電平換流器的交流母線及直流線路故障性能。國(guó)內(nèi)外未見對(duì)采用無連接變壓器接線方式的換流裝置接地故障特性分析的報(bào)道。

1 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的基本結(jié)構(gòu)

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置由背靠背連接的電壓源型換流器構(gòu)成，電壓源型換流器的交流輸出連接至不同交流系統(tǒng)。采用無變壓器接線方式的兩端柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，包含背靠背連接的MMC1和MMC2。MMC1的交流輸出端通過交流開關(guān)DL1連接到中壓配電系統(tǒng)AC1，MMC2通過DL2連接至另一中壓交流系統(tǒng)AC2，MMC1與交流系統(tǒng)AC1共用接地裝置，MMC2與交流系統(tǒng)AC2共用接地裝置。

圖1 無連接變壓器的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 Topology structure of flexible loop network control device without transformer connection

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置中MMC原理圖如圖2所示，其中Usj-k、isj-k分別為換流器k交流側(cè)系統(tǒng)的相電壓和線電流(j∈{a,b,c}，k∈{1,2}，下同)；Rj-eq-k、Lj-eq-k分別為交流系統(tǒng)的等效電阻和等效電感；Lxk為消弧線圈電感值；Lpj-k、Rpj-k為MMC的橋臂電感及等效內(nèi)阻；udc-p、udc-n分別為MMC的直流正極對(duì)地電壓和負(fù)極對(duì)地電壓[12]。

圖2 MMC原理圖Fig.2 Schematic diagram of MMC converter

MMC可以控制各橋臂子模塊投入和切出數(shù)，輸出期望的交流電壓。橋臂輸出電壓可以用一個(gè)受控電壓源等效，橋臂電壓近似正弦變化，在換流器三相對(duì)稱，正、負(fù)極直流電壓幅值相等時(shí)，以A相為例上橋臂電壓upa-k和下橋臂電壓una-k分別為：

(1)

(2)

式中：Udc為MMC的直流輸出電壓；mk為MMCk的電壓調(diào)制比；ω0為基波角頻率；φk為初始相位角[13-15]。

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的接地故障主要包括交流側(cè)接地故障和直流側(cè)接地故障，本文以發(fā)生概率較大的交流側(cè)單相接地故障和直流單極接地故障為例對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地交流系統(tǒng)中采用無連接變壓器接線方式的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置故障特性進(jìn)行分析。

2 交流側(cè)單相接地故障特性分析

以圖1中柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置中MMC1與交流系統(tǒng)AC1間的c相F1點(diǎn)發(fā)生單相接地(金屬性接地)故障為例分析裝置的故障特性。

(3)

兩種大米淀粉濕熱處理前后的 RDS、SDS、RS含量如表4所示。從結(jié)果中可以看到，經(jīng)濕熱處理后二者的RS和SDS含量均增加，RDS含量均降低，且YF變化的程度更為顯著。研究表明，淀粉糊的消化性能主要與淀粉鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，且發(fā)現(xiàn)直鏈含量越高，淀粉消化率越低[5,6]。如前所述，濕熱處理增加了二者的直鏈淀粉含量，這可能有消化速率降低有關(guān)。另一方面，淀粉的的糊化程度也會(huì)影響淀粉的消化性能，完整顆粒存在的越多，淀粉消化性能越低[15]。濕熱處理促進(jìn)了淀粉分子的重排，加強(qiáng)了淀粉顆粒的穩(wěn)定性，可能有更多完整顆粒存在，且YF被加強(qiáng)的效果更為明顯，故YF的RS和SDS含量增加的程度更大。

(4)

對(duì)于交流側(cè)的零序分量，其以共模型式出現(xiàn)在直流側(cè)，由式(4)故障側(cè)MMC1直流側(cè)正極和負(fù)極對(duì)地共模波動(dòng)值為交流側(cè)零序電壓分量。直流正負(fù)極線的差模電壓仍然為Udc不發(fā)生變化。

換流器正負(fù)極線共模分量會(huì)增加換流閥對(duì)地電壓，若要求換流器在交流接地故障時(shí)具有長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行能力，換流閥的絕緣設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮該幅值，避免導(dǎo)致直流極線避雷器保護(hù)動(dòng)作。

直流側(cè)對(duì)地電壓變化后，隨著非故障側(cè)MMC子模塊的開關(guān)器件動(dòng)作，換流器2交流出口對(duì)地電壓uj-2為

(5)

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置一側(cè)換流器發(fā)生交流接地故障后，非故障側(cè)換流器三相交流端口對(duì)地出現(xiàn)工頻零序電壓分量。由式(5)換流器2的c相對(duì)地電壓可以表示為

(6)

若柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置兩側(cè)MMC1和MMC2的調(diào)制比、相位角相近，則uc-2≈0，此時(shí)非故障側(cè)電壓特征與故障側(cè)類同。

MMC1的F1點(diǎn)發(fā)生單相接地故障，故障電流通路分為圖3中①、②、③、④這4個(gè)通路。故障電流通路①的情況類同于常規(guī)的交流系統(tǒng)接地故障分析，接地故障產(chǎn)生的零序電壓會(huì)造成零序電流經(jīng)過接地點(diǎn)與消弧線圈形成回路。故障電流通路②、③為發(fā)生不對(duì)稱故障后，故障側(cè)交流系統(tǒng)AC1和非故障側(cè)AC2的電容電流通路。采用無連接變壓器的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的特殊之處在于一側(cè)交流側(cè)發(fā)生單相接地故障后，非故障側(cè)交流系統(tǒng)將通過與故障點(diǎn)相連的換流器橋臂單元，經(jīng)過接地點(diǎn)與非故障側(cè)消弧線圈形成零序電流回路，如圖3中電流支路④所示。

圖3 單相接地故障故障電流通路 Fig.3 Fault current path of single phase grounding fault

圖4 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置單相接地故障仿真波形Fig.4 Simulation waveform of single phase grounding fault of flexible loop network control device

3 直流單極接地故障特性分析

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置與交流系統(tǒng)共用消弧線圈接地方式時(shí)，換流器的直流單極接地故障特性將與文[4]所述有較大差異。以圖1中MMC1直流側(cè)負(fù)極F2點(diǎn)發(fā)生單極接地(金屬性接地)故障為例分析柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置直流側(cè)接地故障特性。

在直流單極接地故障情況下，換流器交流端會(huì)通過換流器的橋臂、接地點(diǎn)、消弧線圈構(gòu)成故障電流通路，柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的故障通路如圖5所示。

根據(jù)換流器控制保護(hù)動(dòng)作時(shí)序，故障后換流器有下述3種模式：(1)換流器維持觸發(fā)導(dǎo)通；(2)換流器閉鎖，交流開關(guān)未分?jǐn)啵?3)交流開關(guān)分?jǐn)唷?/p>

圖5 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置單極接地故障故障電流通路Fig.5 Fault current path of flexible loop network control device under monopolar grounding fault

(7)

模式2 ：換流器檢測(cè)識(shí)別出直流側(cè)發(fā)生單極接地故障后，換流器觸發(fā)脈沖閉鎖，同時(shí)下發(fā)分?jǐn)嘟涣鱾?cè)斷路器命令，交流斷路器分?jǐn)嗤ǔＰ枰獢?shù)10 ms分?jǐn)鄷r(shí)間。換流器閉鎖后，交流電網(wǎng)將通過換流器子模塊IGBT2的二級(jí)管、接地點(diǎn)以及消弧線圈支路構(gòu)成故障電流通路，換流器閉鎖、交流斷路器分?jǐn)嗲暗墓收匣芈啡鐖D6所示。換流器中對(duì)交流系統(tǒng)中性點(diǎn)n電壓最小那相的換流閥續(xù)流二極管導(dǎo)通，其他兩相截止。1個(gè)工頻周期內(nèi)，a、b、c三相與故障極線連接的換流閥的續(xù)流二極管將輪流導(dǎo)通。換流器閉鎖后，負(fù)極沒有故障電流流過，直流電流降低為0。消弧線圈

圖6 閉鎖后的裝置單極接地故障電流通路Fig.6 Fault current path of flexible loop network control device after blocked under monopolar grounding fault

為大電抗器，由于二極管的鉗位，消弧線圈兩端電壓為單極性電壓，消弧線圈中電流將快速增加。

模式3：交流側(cè)斷路器接受到分閘命令后開始分?jǐn)?。因換流器的a、b、c三相中正常僅有一相導(dǎo)通(換流時(shí)刻除外)，非導(dǎo)通相因沒有故障電流流過，非導(dǎo)通相的斷路器可以正常分?jǐn)?。?dǎo)通相因流過較大幅值的帶直流偏置的故障電流，且故障電流無過零點(diǎn)，超過斷路器的分?jǐn)嗄芰?，斷路器無法正常分閘。換流器交流側(cè)兩相分?jǐn)嗪蠊收想娏魍啡鐖D7所示。

圖7 換流器1交流斷路器兩相分?jǐn)嗪蟮墓收想娏魍稦ig.7 Fault current path of converter 1 after AC breaker breaking

(8)

故障電流非周期分量從開關(guān)分?jǐn)嗲暗淖畲箅娏靼粗笖?shù)函數(shù)衰減，時(shí)間常數(shù)為(Lx-1+Lj-eq-1)/Rj-eq-1，因故障回路阻尼較小，消弧線圈上非周期分量衰減時(shí)間較長(zhǎng)。消弧線圈、換流閥二極管中將長(zhǎng)期流過較大的故障電流，將引起消弧接地系統(tǒng)及換流閥等設(shè)備的損環(huán)。

圖8給出柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置直流側(cè)發(fā)生單極接地故障后(負(fù)極)的換流器仿真波形。負(fù)極單極接地后，換流器10 ms左右閉鎖，下發(fā)交流斷路器跳閘命令，交流斷路器的a、b兩相延時(shí)約60 ms后跳開，60 ms 后c相電流達(dá)到1.9 kA，超過斷路器分?jǐn)嘀绷麟娏髂芰o法分?jǐn)?，c相維持導(dǎo)通，如圖8(b)所示。圖8(c)為消弧線圈上電壓的波形。因故障回路阻尼較小，消弧線圈上電流iL-X-1呈現(xiàn)緩慢衰減，如圖8(d)所示。

在消弧線圈接地支路增加阻尼電阻可以減少非周期分量的衰減時(shí)間常數(shù)，加快故障電流衰減。增加阻尼電阻RZ-1后的衰減時(shí)間常數(shù)為

圖8 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置直流單極接地故障波形Fig.8 DC monopolar grounding fault waveform of flexible loop network control device

(9)

圖9(a)給出消弧接地支路增加阻尼電阻(6 Ω)后的換流器1的三相交流電流仿真波形，交流斷路器的a、b兩相延時(shí)60 ms后跳開，c相電流震蕩衰減，在123 ms后c相電流衰減至0，斷路器分?jǐn)唷D9(a)給出消弧接地支路增加阻尼電阻后流過消弧線圈的故障電流波形。增加阻尼電阻后使消弧線圈上非周期分量電流快速衰減，從而為交流斷路器分?jǐn)喙收想娏魈峁l件。阻尼電阻另一方面還可以限制故障電流峰值。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧接地的配電網(wǎng)中采用無連接變壓器接線方式的柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置，分析了交流單相接地故障和直流單極接地故障時(shí)裝置的故障特性。

圖9 增加阻尼電阻后流過消弧線圈的故障波形Fig.9 Fault waveform of the arc suppression coil with the damping resistance

(1)當(dāng)柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的一側(cè)發(fā)生單相接地不對(duì)稱故障時(shí)，交流側(cè)的零序分量以共模形式出現(xiàn)在直流側(cè)，并通過直流極線傳輸影響非故障側(cè)的換流器，非故障交流系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)故障特征，產(chǎn)生零序電壓柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置可以傳遞零序分量。

(2)一側(cè)交流側(cè)發(fā)生單相接地故障后，非故障側(cè)交流系統(tǒng)將通過與故障點(diǎn)相連的換流器橋臂、接地點(diǎn)與非故障側(cè)的消弧線圈形成零序電流回路。

(3)對(duì)于中性點(diǎn)采用消弧接地的配電網(wǎng)，如果柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置不采用連接變壓器，在直流單極接地故障情況下，交流電網(wǎng)會(huì)通過換流器的續(xù)流二極管、消弧線圈構(gòu)成故障電流通路，將出現(xiàn)交流相電流缺少過零點(diǎn)而導(dǎo)致斷路器無法分?jǐn)嗟臓顩r。

(4)在消弧線圈接地支路增加阻尼電阻后，阻尼電阻可以使直流單極接地故障時(shí)流過消弧線圈的非周期電流分量快速衰減，從而為交流斷路器分?jǐn)喙收想娏魈峁l件。

[1]黃仁樂, 程林, 李洪濤. 交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 電力建設(shè), 2015, 36(1): 46-51. HUANG Renle, CHENG Lin, LI Hongtao. Research on key technology of ACI/DC hybrid active distribution network[J]. Electric Power Construction, 2015, 36(1): 46-51.

[2]胡航海, 李敬如, 楊衛(wèi)紅, 等. 柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展與展望[J]. 電力建設(shè), 2011, 32(5): 62-66. HU Hanghai, LI Jingru, YANG Weihong, et al. The development and prospect of HVDC flexible technology[J]. Electric Power Construction, 2011, 32(5): 62-66.

[3]王旭, 祁萬春, 黃俊輝, 等. 柔性交流輸電技術(shù)在江蘇電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 電力建設(shè), 2014, 35(11): 92-96. WANG Xu, QI Wanchun, HUANG Junhui, et al. Application of FACTS in Jiangsu power grid[J]. Electric Power Construction, 2014, 35(11): 92-96.

[4]趙成勇, 李探, 渝露杰, 等. MMC-HVDC直流單極接地故障分析與換流站故障恢復(fù)策略[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(21) : 3518-3526. ZHAO Chengyong, LI Tan, YU Lujie, et al. DC pole to ground fault characteristic analysis and converter fault recovery strategy of MMC-HVDC[J]. Proceedings of the CSEE， 2014，34(21) : 3518-3526.

[5]孫世賢, 田杰. 適合MMC型直流輸電的靈活逼近調(diào)制策略[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2012, 32(28): 62-67. SUN Shixian, TIAN Jie. Flexible approach modulation strategy for HVDC based on modular multilevel converter[J]. Proceedings of the CSEE,2012,32(28)：62-67.

[6]王姍姍， 周孝信，湯廣福, 等.模塊化多電平電壓源換器HVDC直流雙極短路子模塊過電流分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(1): 1-7. WANG Shanshan， ZHOU Xiaoxin，TANG Guangfu, et al.Analysis of submodule overcurrent caused by DC pole fault in modular multilevel converter HVDC system [J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(1): 1-7.

[7]鄧旭， 沈揚(yáng)，王東舉, 等. 基于模塊化多電平換流器的多端柔性直流系統(tǒng)接地方式 [J]. 電力建設(shè), 2013, 35(3): 24-30. DENG Xu, SHEN Yang, WANG Dongju, et al. Grounding methods of multi-terminal VSC-HVDC system based on modular multi-1evel converter. [J]. Electric Power Construction, 2013, 35(3): 24-30.

[8]高一波, 徐習(xí)東, 金陽忻, 等. 交流側(cè)接地故障對(duì)直流配電網(wǎng)電壓平衡影響 [J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014,38(10):14-19. GAO Yibo, XU Xidong, JIN Yangxin, et al.Impact on the voltage balancing of DC distribution network under AC side grounding fault [J]. Power System Technology, 2014, 38(10): 14-19.

[9]楊杰, 鄭健超, 湯廣福, 等. 電壓源換相HVDC站內(nèi)交流母線故障特性及保護(hù)配合[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2010, 30(16): 6-11. Yang Jie, Zheng Jianchao, Tang Guangfu, et al.Internal AC bus fault characteristics of VSC-HVDC system and protection coordination [J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(16): 6-11.

[10]仉雪娜, 趙成勇, 龐輝, 等. 基于MMC的多端直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)故障控制保護(hù)策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013,37(15): 140-145. ZHANG Xuena, ZHAO Chengyong, PANG Hui, et al. A control and protection scheme of multi-terminal DC transmission system based on MMC for DC line fault[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(15): 140-145.

[11]楊杰, 鄭健超, 湯廣福, 等. 電壓源換相高壓直流輸電系統(tǒng)接地方式設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2010,30(19): 14-19. YANG Jie, ZHENG Jianchao, TANG Guangfu, et al. Grounding design analysis of VSC-HVDC system [J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(19): 14-19.

[12]管敏淵, 徐政. 模塊化多電平換流器型直流輸電的建模與控制[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2010,34(19) : 64-68. GUAN Minyuan, XU Zheng. Modeling and control of modular multilevel converter in HVDC transmission [J]. Automation of Electric Power Systems, 2010,34(19): 64-68.

[13]侯婷, 饒宏, 許樹楷, 等. 基于MMC的柔性直流輸電換流閥型式試驗(yàn)方案[J]. 電力建設(shè), 2015, 35(12): 61-66. HOU Ting, RAO Hong, XU Shukai, et al. Valve type test scheme for flexible DC transmission system based on MMC[J]. Electric Power Construction, 2015, 35(12): 92-96.

[14]王海田, 湯廣福, 賀之淵, 等. 模塊化多電平換流器的損耗計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(2):112-118. WANG Haitian, TANG Guangfu, HE Zhiyuan, et al. Power losses calculation of modular multilevel converter [J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(2): 112-118.

[15]劉鐘淇, 宋強(qiáng), 劉文華. 采用MMC變流器的VSC-HVDC系統(tǒng)故障態(tài)研究[J] . 電力電子技術(shù), 2010, 44(9): 69-71. LIU Zhongqi, SONG Qian, LIU Wenhua. Research on the VSC-HVDC system using modular multilevel converters under fault condition[J]. Power Electronics, 2010, 44(9): 69-71.

(編輯 蔣毅恒)

Grounding Fault Analysis of Flexible Loop Network Control Device in Neutral Point Grounding System with Arc Suppression Coil

JIANG Tiangui1，XIE Yeyuan1, LI Hongtao2, LIAN Jianyang1, QIU Defeng1

(1. Nari-Relays Electric Co., Ltd., Nanjing 211102, China; 2. State Grid Beijing Electric Power Company, Beijing 100031, China)

Flexible loop network control device without transformer shares the same ground branch with the AC system, whose neutral point is grounded by arc suppression coil. The grounding fault characteristic of the device is different from that of the conventional device with transformer. It is necessary to analyze the characteristics of the grounding fault, which provides the basis for fault diagnosis and protection design. This paper analyzes the fault mechanism of the single phase grounding fault in the AC side of the flexible loop network control device based on the modular multilevel converter, and describes the electrical characteristics of the fault side and the non-fault side of the converter. Then, this paper analyzes the characteristics of DC monopolar grounding fault in the flexible loop network control device, derives the analytical equations of fault current in different operating modes of the converter, and points out that the increase of damping resistance of arc suppression coil grounding branch can speed up the fault current attenuation. Finally, this paper constructs the PSCAD/EMTDC simulation model of the flexible loop network control device based on the modular multilevel inverter, and verifies the correctness and validity of the fault characteristic analysis.

flexible loop network control device; arc suppression coil grounding; modular multilevel converter; single phase grounding fault; DC monopolar grounding fault

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃)(2015AA050102)

TM 721

A

1000-7229(2016)05-0146-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.05.016

2016-03-07

姜田貴(1984)，男，通信作者，碩士，研發(fā)工程師，研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娂半娏﹄娮蛹夹g(shù)；

謝曄源(1978)，男，碩士，高級(jí)工程師,研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娂按蠊β孰娏﹄娮蛹夹g(shù)；

李洪濤(1975)，男，碩士，高級(jí)工程師，國(guó)家電網(wǎng)公司專業(yè)領(lǐng)軍人才，主要從事配電網(wǎng)設(shè)備和運(yùn)維技術(shù)研究工作；

連建陽(1987)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娂半娏﹄娮蛹夹g(shù)；

邱德鋒(1986)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娍刂票Ｗo(hù)技術(shù)。

Project supported by the National High Technology Research and Development of China (863 Program) (2015AA050102 )