霍啟迪，唐曉駿，馬世英，劉英培，田仕杰，梁海平

（1. 中國電力科學(xué)研究院有限公司 電網(wǎng)安全與節(jié)能國家重點實驗室，北京 100192；2. 華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003）

0 引言

“雙碳”背景下為加快構(gòu)建清潔低碳能源體系，我國能源結(jié)構(gòu)正逐步從傳統(tǒng)能源向新能源轉(zhuǎn)型［1-2］，源網(wǎng)荷的高度電力電子化是智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢之一。負荷側(cè)分布式電源、儲能、微電網(wǎng)等蓬勃發(fā)展。但風光等分布式電源具有波動性和隨機性，其大規(guī)模接入電網(wǎng)會產(chǎn)生系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量減小以及調(diào)壓、調(diào)頻能力減弱等問題［3-4］，而儲能可以提高系統(tǒng)對新能源的消納能力，提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性［5-7］。

近年來，隨著電池儲能系統(tǒng)（BESS）在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其對交流系統(tǒng)短路電流水平的影響也受到學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注。短路電流計算作為電力系統(tǒng)三大計算之一，其主要目的是確定短路故障的嚴重程度，分析系統(tǒng)中負序及零序電流的分布，為電氣裝備選擇、繼電保護整定等提供理論依據(jù)。伴隨電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷加強，負荷中心和電源密集接入地區(qū)的短路電流水平已接近斷路器的額定遮斷能力［8-9］，BESS 在電力系統(tǒng)占比不斷增大，導(dǎo)致準確的短路電流獲取困難，嚴重影響繼電保護整定和開關(guān)安全遮斷能力校核。

隨著“雙碳”進程的不斷推進，BESS 大規(guī)模、分布式并網(wǎng)對交流系統(tǒng)短路電流水平的影響更加無法忽視，故研究BESS影響交流系統(tǒng)短路電流機理并進行量化評估具有迫切現(xiàn)實意義。且現(xiàn)有短路電流計算標準均未涉及交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路故障時BESS 向交流系統(tǒng)饋入電流機理及短路電流計算方法，工程上常用的PSASP、PSD-BPA 等仿真軟件也缺乏相關(guān)計算能力，給BESS短路電流水平的精確評估帶來困難。

目前，已有學(xué)者研究了交直流混聯(lián)系統(tǒng)交流側(cè)發(fā)生短路故障時直流側(cè)貢獻短路電流機理。文獻［10］研究了逆變側(cè)交流系統(tǒng)短路時柔性直流向短路點饋入電流的機理和暫態(tài)過程。文獻［11］研究了傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)交流側(cè)故障時直流系統(tǒng)提供短路電流的特性。文獻［12］指出當交流系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時柔性直流換流站呈電流源特性，其輸出短路電流與換流站控制方式、運行模式以及控制器的控制保護參數(shù)有關(guān)。文獻［13］基于序分量法提出不同故障形式下基于電壓源換流器（VSC）的高壓直流輸電（VSC-HVDC）系統(tǒng)貢獻短路電流數(shù)學(xué)模型和計算方法，認為VSC-HVDC 系統(tǒng)貢獻交流短路電流為與短路點相連的所有VSC貢獻的正、負、零序短路電流疊加和，其中正、負序短路電流與換流站控制參數(shù)有關(guān)，零序短路電流主要與零序網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。文獻［14］認為對稱短路故障下受端模塊化多電平換流器（MMC）貢獻短路電流主要來源于MMC 向交流系統(tǒng)注入無功功率，不對稱短路故障下短路電流主要與受端MMC 向交流系統(tǒng)注入無功功率及換流變壓器零序阻抗大小有關(guān)，并提出短路電流抑制策略。此外，有學(xué)者對交直流混聯(lián)系統(tǒng)短路電流算法展開研究。文獻［15］所述基于分段函數(shù)的實用計算方法可以計算直流側(cè)貢獻短路電流。文獻［16］研究了工程上常用算法（不計影響法、數(shù)值疊加法、簡化矢量法等）的適應(yīng)性，并比較不同算法精度差異及誤差來源。

在此背景下，本文基于PSCAD／EMTDC 搭建BESS 電磁暫態(tài)模型，分析了VSC 外環(huán)控制器控制方式、VSC 外環(huán)控制器限幅策略、BESS 額定容量及故障前輸送功率、BESS 低電壓穿越策略、電池過放保護策略等因素對不對稱短路故障下BESS 輸出電流的影響。研究了不對稱短路故障下BESS 影響交流系統(tǒng)短路電流的機理，完成了不對稱短路故障下BESS 采用不同限幅策略對短路電流影響的分析驗證。提出了適用于不對稱短路故障下考慮BESS 影響的交流系統(tǒng)短路電流迭代算法，并與工程上常用算法進行橫向?qū)Ρ龋炞C了所提算法的有效性與優(yōu)越性。

1 BESS基本結(jié)構(gòu)及工作原理

典型BESS 由儲能電池、DC／DC 變換器、VSC、升壓變壓器、電池管理系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等組成，其拓撲結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)見附錄A 圖A1。由圖中BESS 拓撲結(jié)構(gòu)可見，當儲能電池充電時，VSC 工作在整流狀態(tài)，雙向DC／DC 變換器運行于Buck 模式，有功功率由電網(wǎng)流向BESS；當儲能電池放電時，VSC 工作在有源逆變狀態(tài)，雙向DC／DC 變換器運行于Boost模式，有功功率由BESS 流向電網(wǎng)，從而實現(xiàn)能量的雙向流通和循環(huán)利用［17］。

根據(jù)瞬時功率理論［18］，BESS 母線處有功功率、無功功率（直流分量）實際值的表達式如式（1）所示。

當dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸以正序電壓為基準時，正序電壓在q軸上的投影為0，且考慮BESS 具有負序電流抑制能力，此時式（1）可化簡為式（2）。

由式（2）可見，分別控制BESS 輸出正序電流d軸分量和正序電流q軸分量即可調(diào)節(jié)BESS 輸送的有功功率和無功功率。

根據(jù)附錄A 圖A1 所示控制系統(tǒng)，并結(jié)合上述分析可見：BESS 采用基于正負序分離方法的鎖相環(huán)（PLL）準確追蹤BESS 母線處正序電壓相位，為整個控制系統(tǒng)提供相位參考；VSC 外環(huán)控制器根據(jù)控制目標選擇控制方式（定有功功率、定無功功率、定直流電壓、定交流電壓控制方式等），并經(jīng)過比例積分（PI）運算為VSC 內(nèi)環(huán)電流控制器提供電流參考值的d軸、q軸分量，而VSC 內(nèi)環(huán)電流控制器通過調(diào)節(jié)VSC 橋臂電動勢使電流d軸、q軸分量快速跟蹤其參考值的d軸、q軸分量；VSC 雙閉環(huán)控制器通過采用dq軸解耦電路分別控制正序電流d軸、q軸分量，并完成負序電流抑制；在VSC雙閉環(huán)控制器的作用下，BESS 輸出正序電流d軸、q軸分量并根據(jù)式（2）實現(xiàn)對輸送功率的解耦控制。

2 不對稱短路故障下BESS 輸出電流影響因素及機理分析

不對稱短路故障下BESS 輸出電流特性主要受VSC 外環(huán)控制器控制方式、VSC 外環(huán)控制器限幅策略、BESS 額定容量和故障前輸送功率、BESS 低電壓穿越策略以及電池過放保護策略等因素影響，下面逐一分析各因素對BESS輸出電流的影響，在此基礎(chǔ)上深入研究不對稱短路故障下BESS 影響交流系統(tǒng)短路電流機理。

2.1 VSC外環(huán)控制器控制方式影響

VSC外環(huán)控制器控制方式及其PI參數(shù)的選取將直接影響短路故障后BESS 輸出電流的暫態(tài)調(diào)節(jié)過程。按照控制目標進行分類，VSC 外環(huán)控制器控制方式分為有功類控制方式和無功類控制方式，其中有功類控制方式主要包括定有功功率控制方式和定直流電壓控制方式，無功類控制方式主要包括定無功功率控制方式和定交流電壓控制方式。

VSC 外環(huán)控制器在選取控制方式時以定有功功率控制方式和定交流電壓控制方式為例，其傳遞函數(shù)如式（3）所示。

式中：Pref為BESS 輸送有功功率參考值；Uacref為VSC交流側(cè)電壓參考值；分別為VSC 內(nèi)環(huán) 電 流控制器中正序電流參考值d軸、q軸分量；kp_P、ki_P分別為定有功功率控制方式下VSC 外環(huán)控制器比例、積分系數(shù)；kp_ac、ki_ac分別為定交流電壓控制方式下VSC外環(huán)控制器比例、積分系數(shù)。此時VSC 外環(huán)控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 定有功功率控制與定交流電壓控制方式下VSC外環(huán)控制器結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure block diagram of outer-loop controller of VSC under constant active power control and constant AC voltage control modes

由圖2 可見：當有功類控制方式選取定直流電壓控制方式時，在0.11 s內(nèi)已達到最大限幅值，調(diào)節(jié)過程迅速，暫態(tài)過程較短；當有功類控制方式選取定有功功率控制方式時響應(yīng)有功功率跌落，從故障前水平跌落至限幅值的耗時約為0.31 s，暫態(tài)調(diào)節(jié)過程時間較定直流電壓控制方式長。比較暫態(tài)調(diào)節(jié)過程中的幅值波動，調(diào)節(jié)速度更快的定直流電壓控制方式下在暫態(tài)調(diào)節(jié)期間波動更加明顯。

圖2 定直流電壓控制與定有功功率控制方式下 波形Fig.2 Waveforms of and under constant DC voltage control and constant active power control modes

2.2 VSC外環(huán)控制器限幅策略影響

當BESS 運行時，需要通過限幅控制來對流過IGBT 的電流加以限制以防止器件過流而損壞。常見的限幅策略包括有功優(yōu)先、無功優(yōu)先、等比例限幅、等比例有功優(yōu)先等。

綜合上述分析，VSC 外環(huán)控制器采用4 種不同限幅策略時設(shè)置的限幅約束條件如表1 所示。以額定容量10 MV·A、輸送有功功率為8 MW、輸送無功功率為5 Mvar 的BESS 為例，研究PCC 發(fā)生bc 兩相短路故障下VSC 外環(huán)控制器限幅策略對BESS 輸出電流的影響。基于PSCAD／EMTDC 仿真后發(fā)現(xiàn)，VSC 外環(huán)控制器采用表1 所示4 種不同限幅策略將使BESS 輸出電流幅值相同，但相位差別較大，表中數(shù)據(jù)均為標幺值。

表1 常見限幅策略及設(shè)置的限幅約束條件Table 1 Common limiting strategies and their setting limiting constraints

2.3 BESS額定容量及故障前輸送功率影響

BESS 在定有功功率、定無功功率控制方式下運行時，可以通過潮流計算求解其輸出電流；而在故障后穩(wěn)態(tài)階段，BESS 輸出電流通常為額定輸出電流的1～1.2倍。即故障前、后BESS輸出電流如式（7）所示。

式中：IBESS0、IBESS1分別為故障前BESS 輸出電流、故障后穩(wěn)態(tài)階段BESS 輸出電流；P0、Q0分別為故障前BESS 向交流系統(tǒng)輸送的有功功率、無功功率；UBESS為BESS 輸出電壓；Kmax為限幅倍數(shù)；SBESSN為BESS 額定容量；UBESSN為BESS 額定輸出電壓。由式（7）可見：故障前BESS 輸送的功率直接影響故障后BESS輸出電流的初始值；故障后穩(wěn)態(tài)階段BESS輸出電流達到限幅約束，限幅倍數(shù)越大，BESS 輸出電流越大；在相同的限幅倍數(shù)下BESS 額定容量越大，故障后BESS輸出電流越大。

為了便于分析，選取升壓變壓器低壓側(cè)電流作為BESS 輸出電流，此時UBESSN取0.69 kV。設(shè)置如下3 種組合：①P0=5 MW，Q0=1 Mvar，SBESSN=10 MV·A；②P0=9 MW，Q0=1 Mvar，SBESSN=10 MV·A；③P0=9 MW，Q0=1 Mvar，SBESSN=15 MV·A。根據(jù)式（7）計算3 種組合下IBESS0分別為4.27、7.58、7.58 kA，IBESS1分別為8.37、8.37、12.55 kA。

為驗證上述計算結(jié)果的準確性，在PSCAD／EMTDC上設(shè)置4 s時PCC發(fā)生bc兩相短路故障，3種組合下BESS 輸出電流電磁暫態(tài)仿真波形圖見附錄A 圖A3。由圖可見：仿真結(jié)果與計算結(jié)果基本一致：故障前當BESS向交流系統(tǒng)輸送的有功功率分別為5 MW 與9 MW 且無功功率為1 Mvar 時，其輸出電流分別為4.27 kA 和7.58 kA；當BESS 額定容量分別為10 MV·A 與15 MV·A 時，由于達到限幅約束，故障后穩(wěn)態(tài)階段BESS 輸出電流分別為8.37 kA 和12.55 kA。因此BESS 額定容量及故障前輸送功率對短路前、后BESS輸出電流有較大影響。

2.4 BESS低電壓穿越策略影響

GB／T 34120—2017《電化學(xué)儲能系統(tǒng)儲能變流器技術(shù)規(guī)范》及GB／T 36547—2018《電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定：電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入公共電網(wǎng)后應(yīng)具備一定的高／低電壓穿越能力。當電網(wǎng)發(fā)生故障或受到擾動而引起PCC處母線電壓跌落時，具有低電壓穿越能力的BESS能夠不間斷并網(wǎng)運行，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率以支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。

圖3 低電壓穿越時與的關(guān)系Fig.3 Relationship between and underlow-voltage ride-through condition

根據(jù)上述動態(tài)無功支撐機理，設(shè)計BESS在低電壓穿越時的控制保護策略：VSC 實時追蹤電網(wǎng)電壓情況，在自身允許的范圍內(nèi)向電網(wǎng)注入連續(xù)穩(wěn)定的無功電流，以協(xié)助電網(wǎng)電壓恢復(fù)，減小電網(wǎng)電壓崩潰的可能；而一旦電網(wǎng)電壓恢復(fù)，BESS 能在較短的時間內(nèi)恢復(fù)到故障前工作狀態(tài)；當PCC 處母線電壓持續(xù)低于0.2 p.u.，BESS可以閉鎖退出或脫網(wǎng)運行。

圖4 低電壓穿越時、波形Fig.4 Waveforms of ， and under low-voltage ride-through condition

2.5 電池過放保護策略影響

當儲能電池荷電狀態(tài)（SOC）低于一定值時，為防止電池過度放電，儲能電池管理系統(tǒng)將觸發(fā)保護裝置閉鎖BESS，此時BESS 的輸出短路電流較SOC正常情況下有所不同。

以額定容量為10 MV·A、輸送有功功率為9 MW、輸送無功功率為1 Mvar 的BESS 為例，在PSCAD／EMTDC上設(shè)置4 s時PCC 發(fā)生bc兩相永久性短路故障，BESS 輸出電流及SOC 波形如圖5 所示。圖中，iBESSabc為BESS 輸 出 三 相 電 流；QSOC為SOC 值。由 圖可知，4 s 時PCC 發(fā)生bc 兩相永久性短路故障，BESS輸出電流由故障前的7.58 kA 快速上升至8.37 kA，但由于故障期間電池持續(xù)放電，4.64 s時QSOC達到電池過放保護整定值（5%），此時儲能電池管理系統(tǒng)觸發(fā)保護裝置閉鎖BESS，BESS 輸出電流經(jīng)過短暫波動后迅速下降為0。

圖5 BESS輸出電流及SOC波形Fig.5 Waveforms of output current of BESS and SOC

2.6 不對稱短路故障下BESS 影響交流系統(tǒng)短路電流機理

短路故障下BESS 并網(wǎng)模型如圖6 所示。圖中，Us為交流系統(tǒng)等值電壓源電壓相量；UBESS為VSC 出口處電壓相量；UPCC為PCC電壓相量；IAC為交流系統(tǒng)等值電壓源輸出電流相量；IBESS為VSC 輸出電流相量；IPCC為升壓變壓器輸出電流相量；Uf為短路點電壓相量；If為短路點短路電流相量；ZT為升壓變壓器阻抗；Zs1、Zs2為交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時的等效阻抗，特殊情況下，當PCC 發(fā)生短路故障時，Zs2=0，Zs1為交流系統(tǒng)等值電壓源的內(nèi)阻抗。

圖6 短路故障下各電流分量關(guān)系Fig.6 Relationship of current components under short circuit fault

由于升壓變壓器T 的Yd11 接線方式阻斷了零序電流通路且BESS具有負序電流抑制能力，交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路故障時BESS僅輸出正序電流，其幅值受BESS 額定容量及限幅倍數(shù)影響，其相位受VSC 外環(huán)控制器限幅策略影響。而BESS 輸出電流通過復(fù)合序網(wǎng)與交流系統(tǒng)等值電壓源一起提供短路電流，進而影響短路電流。此外，復(fù)合序網(wǎng)中各元件參數(shù)對短路電流也有較大影響。

以VSC外環(huán)控制器限幅策略為例研究不對稱短路故障下BESS采用不同限幅策略對短路電流影響。不同限幅策略通過改變BESS 輸出電流中i+d、i+q的比例從而影響B(tài)ESS 提供短路電流分量與交流系統(tǒng)提供短路電流分量相位差，進而影響短路電流。考慮實際系統(tǒng)中各元件R?X，當VSC 外環(huán)控制器中的d軸分量以交流系統(tǒng)電壓為基準時，BESS 輸出電流中的比例越高，BESS 提供短路電流分量與交流系統(tǒng)提供短路電流分量相位差越小，BESS 對短路電流的助增效果越大。最嚴重情況下，當為BESS 能夠輸出的最大允許電流Imax，此時BESS 提供短路電流分量與交流系統(tǒng)提供短路電流分量同相位，兩電流疊加后短路點短路電流幅值最大。

3 不對稱短路故障下考慮BESS 影響的短路電流迭代算法

3.1 BESS并網(wǎng)模型復(fù)合序網(wǎng)

BESS 并網(wǎng)模型交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時各電流分量關(guān)系如圖6所示。圖中BESS并網(wǎng)模型a相正序、負序、零序等值電路如附錄A 圖A4 所示。BESS以a 相為特殊相，根據(jù)單相接地短路、兩相短路、兩相短路接地時短路點邊界條件分別構(gòu)造BESS 并網(wǎng)模型復(fù)合序網(wǎng)圖，見附錄A圖A5。

3.2 短路電流迭代算法

本文提出的不對稱短路故障下考慮BESS 影響的短路電流迭代算法，通過在復(fù)合序網(wǎng)中采用前推回代的方式迭代求解短路點短路電流。

首先將附錄A 圖A5 所示各復(fù)合序網(wǎng)化簡為戴維南等效電路形式，如圖7 所示。圖中，Ueq為戴維南等效電路等效電壓源電壓相量；Zeq為等效阻抗；SBESSa為VSC 輸出的a 相復(fù)功率；Seq為輸入等效電壓源的復(fù)功率；UBESSa1為VSC 出口處a 相正序電壓相量；IBESSa1為VSC輸出a相正序電流相量。

圖7 戴維南等效電路Fig.7 Equivalent circuit under Thevenin’s theorem

給定迭代初始值UBESSa1=Ueq，進入式（8）所示計算過程。

式中：UBESSa1為UBESSa1的幅值；IBESSa1為IBESSa1的幅值。通過式（8）便完成了第一輪計算，為了提高計算精度，可以重復(fù)式（8）的計算。即采用上一輪計算結(jié)果UBESSa1進入下一輪計算，直到某一輪計算結(jié)果與上一輪計算結(jié)果的容許誤差小于10-5時退出迭代計算過程。

將最終的迭代計算結(jié)果代入附錄A圖A5所示復(fù)合序網(wǎng)即可求得圖6 中各節(jié)點處a 相正序、負序、零序電壓相量和各支路a 相正序、負序、零序電流相量。再經(jīng)過對稱分量法變換矩陣，可以求得圖6 中各節(jié)點處三相電壓相量和各支路三相電流相量。

以PCC 發(fā)生bc 兩相短路故障為例，將式（8）的迭代計算結(jié)果代入式（9）所示計算過程，即可求解短路點三相短路電流相量Ifa、Ifb、Ifc。

式中：φUBESSa1為UBESSa1的相位；UPCCa1為PCC處a相正序電壓相量；a為對稱分量法變換矩陣的變換因子；Ifa1、Ifa2、Ifa0分別為Ifa的正序、負序、零序分量。

4 仿真驗證結(jié)果及分析

4.1 不對稱短路故障下BESS 采用不同限幅策略對短路電流影響驗證

以額定容量為10 MV·A、輸送有功功率為8 MW、輸送無功功率為5 Mvar的BESS為例，PCC發(fā)生bc兩相短路故障時不同限幅策略下短路電流對比如表2所示。表中，φIPCCa1為IPCCa1的相位；φIACa1為IACa1的相位；Ifc為Ifc的幅值。由表可知：有功優(yōu)先、等比例有功優(yōu)先、等比例限幅、無功優(yōu)先限幅策略下依次增大，BESS 輸出電流與交流系統(tǒng)提供短路電流分量相位差依次減小，短路點c相短路電流依次增大，BESS對短路電流的助增效果依次增大，即交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時若控制BESS 大量輸出無功電流以恢復(fù)交流母線電壓，短路電流水平較大；若控制BESS 大量輸出有功電流，短路電流水平較小。仿真結(jié)果與2.6節(jié)理論分析結(jié)果一致。

表2 不同限幅策略下短路電流對比Table 2 Comparison of short circuit currents under different limiting strategies

4.2 短路電流迭代算法有效性驗證

以額定容量為10 MV·A、輸送有功功率為1 MW、輸送無功功率為9 Mvar、采用無功優(yōu)先限幅策略的BESS為例，PCC發(fā)生bc兩相短路故障時短路電流計算結(jié)果與仿真結(jié)果對比如表3 所示。表中，IPCCa1為IPCCa1的幅值；UPCCa1和φUPCCa1分別為UPCCa1的幅值和相位；φIfc為Ifc的相位；IPCCa1、UPCCa1為標幺值。各電氣量仿真結(jié)果見附錄A 圖A6。由表3和圖A6可見，短路電流計算結(jié)果與仿真結(jié)果相差極小，故本文提出的適用于不對稱短路故障下考慮BESS 影響的交流系統(tǒng)短路電流迭代算法可行且有效。

表3 計算結(jié)果與仿真結(jié)果對比Table 3 Comparison between calculative results and simulative results

4.3 短路電流迭代算法優(yōu)越性驗證

以額定容量為10 MV·A、輸送有功功率為8 MW、輸送無功功率為-5 Mvar 的BESS 為例，PCC 發(fā)生bc兩相短路故障時不同算法計算結(jié)果對比如附錄A 表A1 所示。以仿真結(jié)果為基準，由表A1 整理得到不同算法誤差對比如附錄A表A2所示。

由表2、3、A1、A2 可見：在交流系統(tǒng)短路電流量化評估時，不計影響法忽略BESS等新設(shè)備并網(wǎng)對短路電流水平的影響導(dǎo)致評估結(jié)果過于樂觀，給電力系統(tǒng)的安全運行帶來潛在風險；數(shù)值疊加法將BESS最大輸出電流與交流系統(tǒng)提供短路電流分量直接進行幅值疊加導(dǎo)致評估結(jié)果過于保守，將增加設(shè)備投資壓力；簡化矢量法忽略BESS輸出有功電流對短路電流水平的影響而將BESS 輸出無功電流與交流系統(tǒng)提供短路電流分量進行幅值加減，較數(shù)值疊加法具有更小的誤差，在對精度要求不高的情況下可以作為工程上常用短路電流評估方法；本文迭代算法在復(fù)合序網(wǎng)中采用前推回代的方式迭代求解短路電流，誤差極小，特別適用于對精度要求較高的情況（如交流系統(tǒng)短路電流水平接近或達到開關(guān)額定遮斷容量時的評估）。

BESS 吸收無功功率時交流系統(tǒng)短路電流水平被削弱，此時采用數(shù)值疊加法進行代數(shù)求和運算無法準確評估短路電流，而簡化矢量法和迭代算法通過矢量求和運算可以兼顧無功功率反轉(zhuǎn)的情況；但簡化矢量法忽略有功電流和各元件阻抗角對電壓電流相位的影響，將各相量近似到dq軸上進行幅值加減，存在一定的誤差；而迭代算法考慮了上述因素的影響，計算結(jié)果更精確，但計算過程繁瑣復(fù)雜。

此外，當短路點距離PCC 較遠時采用不計影響法、數(shù)值疊加法和簡化矢量法無法準確評估短路電流水平，給繼電保護的整定工作帶來一定困難，而基于電網(wǎng)實際模型的迭代算法可以準確評估各點處短路電流水平。由此可見，進一步完善BESS 控制方式、細化各電流相量處理方法、創(chuàng)新計算方法、提高計算精度、簡化計算過程是短路電流算法的發(fā)展方向。

5 結(jié)論

本文分析了不對稱短路故障下BESS 輸出電流影響因素，研究了BESS采用不同限幅策略對短路電流影響，并提出了適用于不對稱短路故障下考慮BESS 影響的交流系統(tǒng)短路電流迭代算法，得出如下結(jié)論。

1）交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路故障時，由于升壓變壓器T 的Yd11 接線方式阻斷了零序電流通路且BESS 具有負序電流抑制能力，BESS 呈正序電流源特性，其輸出電流幅值主要取決于BESS 額定容量SBESSN和限幅倍數(shù)Kmax，輸出電流相位與VSC 外環(huán)控制器限幅策略、實際系統(tǒng)各元件參數(shù)等有關(guān)。

2）考慮實際系統(tǒng)中各元件R?X，故障穿越期間BESS 無功支撐能力越大，其提供短路電流分量相位越接近交流系統(tǒng)提供短路電流分量相位，兩電流疊加后短路點短路電流幅值將越大。最嚴重情況下，當為最大允許電流Imax時，BESS 提供短路電流分量與交流系統(tǒng)提供短路電流分量同相位，兩電流疊加后短路點短路電流幅值最大；反之，故障穿越期間BESS 無功支撐能力越小，其提供短路電流分量相位將遠離交流系統(tǒng)提供短路電流分量相位，兩電流疊加后短路點短路電流幅值較小。故BESS 對短路電流的助增效果與對無功功率／電壓的支撐效果同時存在，在選擇BESS控制方式時應(yīng)綜合考慮受端電網(wǎng)需求。

3）本文提出的不對稱短路故障下考慮BESS 影響的短路電流迭代算法可以精確評估各點處短路電流水平，為繼電保護的整定工作提供理論參考，并與其他算法對比后驗證了其優(yōu)越性。

4）此外，BESS 降功率運行或短路點距離PCC 較遠時BESS對短路電流助增效果較小，有時甚至可以忽略不計，在評估短路電流水平時是否需要考慮這些情況值得進一步深入研究。

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