两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式

李潇; 范春菊; 王国钰; 金甚达

doi:10.7500/AEPS20210525005

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两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式
- DC-side Fault Characteristics and Grounding Mode of Hybrid AC/DC Distribution Network with Two-terminal Power Supply
- 电力系统自动化 2022年46卷第11期页码：161-169
- 作者机构：
  
  上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240
- 作者简介：
  
  李潇(1997—)，女，硕士研究生，主要研究方向：配电网接地方式。E-mail：1260483405@sjtu.edu.cn
  范春菊(1967—)，女，通信作者，副教授，主要研究方向：电力系统继电保护及其综合自动化。E-mail：fanchunju@sjtu.edu.cn
  王国钰(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统直流配电网继电保护。E-mail：wgy0703@sjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2017YFB0903201)
- DOI：10.7500/AEPS20210525005
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-05-25，
  
  修回日期：2021-11-10，
  
  网络出版日期：2022-01-17，
  
  纸质出版日期：2022-06-10
- 稿件说明：
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李潇,范春菊,王国钰等.两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式[J].电力系统自动化,2022,46(11):161-169.

LI Xiao,FAN Chunju,WANG Guoyu,et al.DC-side Fault Characteristics and Grounding Mode of Hybrid AC/DC Distribution Network with Two-terminal Power Supply[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(11):161-169.
李潇,范春菊,王国钰等.两端电源供电交直流混合配电网直流侧故障特征和接地方式[J].电力系统自动化,2022,46(11):161-169. DOI： 10.7500/AEPS20210525005.

LI Xiao,FAN Chunju,WANG Guoyu,et al.DC-side Fault Characteristics and Grounding Mode of Hybrid AC/DC Distribution Network with Two-terminal Power Supply[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(11):161-169. DOI： 10.7500/AEPS20210525005.

摘要

交直流混合配电网是从交流配电网向直流配电网过渡的有效解决方案。为提升交直流混合配电网传输容量与供电可靠性，多端供电结构逐渐被广泛采用。从两端电源供电结构入手，研究当发生单极接地故障时的直流侧故障特征及接地方式。通过对故障回路的分析，研究了发生故障后电流的阶段性特性，推导故障电压与电流的时间表达式，并通过数学简化得到故障过电流峰值与达到峰值时刻的简单计算式。在此基础上，通过实例给出了选择接地电阻阻值的方法。研究分析了当两侧回路参数不对称时的故障电流振荡现象和规律，并提出基于等效拆分法的四阶微分方程回路计算方法进行故障电流计算。仿真结果表明，所提出的计算方法和接地方式适用于两端电源供电的交直流混合配电网的直流侧，有助于交直流混合配电网的安全、稳定、可靠运行。

Abstract

Hybrid AC/DC distribution network is an effective solution for the transition from AC distribution network to DC distribution network. To improve the transmission capacity and power supply reliability of hybrid AC/DC distribution network

the multi-terminal power supply structure is widely used. Starting with the two-terminal power supply structure

the DC-side fault characteristics and grounding mode are studied when the single-pole grounding fault occurs. Through the analysis of the fault circuit

the stage performance of the current after fault is studied. The time expression of the fault voltage and current is obtained

and the simpler calculation formula of the peak value and the peak time of the fault over-current is deducted through mathematical simplification. On this basis

the method for selecting the grounding resistance value is given by an example. When the parameters of both sides of the circuit are asymmetric

the phenomenon and law of the fault current oscillation are studied and analyzed

and a circuit calculation method of the four-order differential equation based on the equivalent splitting method is proposed to calculate the fault current. The simulation results show that the proposed calculation method and grounding mode are suitable for the DC side of the two-terminal hybrid AC/DC distribution network

and contribute to the safe

stable and reliable operation of the hybrid AC/DC distribution network.

关键词

Keywords

references

熊兰，陈永辉，杨子康，等 . 直流配电网低压侧稳定燃弧阈值电压研究［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 19 ）： 4097 - 4106 .

XIONG Lan ， CHEN Yonghui ， YANG Zikang ， et al . Study on threshold voltage for stable arcing by the low voltage side of DC distribution line ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 19 ）： 4097 - 4106 .

刘晓林，王旭，蒋传文，等 . 计及VSC运行约束的交直流混合配电网分布式优化调度方法［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 3 ）： 1089 - 1101 .

LIU Xiaolin ， WANG Xu ， JIANG Chuanwen ， et al . Distributed optimal scheduling of hybrid AC-DC distribution grid considering VSC operation constraints ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 1089 - 1101 .

高范强，李子欣，李耀华，等 . 面向交直流混合配电应用的 <math id="M35"><mn mathvariant="normal">10</mn><mtext> </mtext><mi mathvariant="normal">k</mi><mi mathvariant="normal">V</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=29064866&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=29064865&type= 7.02733374 2.20133328 ~ <math id="M36"><mn mathvariant="normal">3</mn><mtext> </mtext><mi mathvariant="normal">M</mi><mi mathvariant="normal">V</mi><mi mathvariant="normal">A</mi></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=29064873&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=29064884&type= 8.97466660 2.20133328 四端口电力电子变压器［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 16 ）： 3331 - 3341 .

GAO Fanqiang ， LI Zixin ， LI Yaohua ， et al . 10 kV~3 MVA four-port power electronic transformer for AC-DC hybrid power distribution applications ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 16 ）： 3331 - 3341 .

汤广福，庞辉，贺之渊 . 先进交直流输电技术在中国的发展与应用［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1760 - 1771 .

TANG Guangfu ， PANG Hui ， HE Zhiyuan . R&D and application of advanced power transmission technology in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1760 - 1771 .

袁宇波，张宸宇，袁晓冬，等 . 基于柔性多状态开关的混合配电网能量管理策略与控制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 60 - 67 .

YUAN Yubo ， ZHANG Chenyu ， YUAN Xiaodong ， et al . Energy management strategy and control method of hybrid distribution network based on soft open point ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 60 - 67 .

黄堃，刘之涵，付明，等 . 计及电压风险感知的交直流配电网优化调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 15 ）： 45 - 54 .

HUANG Kun ， LIU Zhihan ， FU Ming ， et al . Optimal dispatch of AC/DC distribution network considering voltage risk perception ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 15 ）： 45 - 54 .

窦飞，蔡晖，郭朝辉，等 . 基于深度强化学习的多端背靠背柔性直流系统直流电压控制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 155 - 162 .

DOU Fei ， CAI Hui ， GUO Zhaohui ， et al . DC voltage control of back-to-back multi-terminal VSC-HVDC system based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 155 - 162 .

ROUZBEHI K ， HEIDARY YAZDI S S ， SHARIATI MOGHADAM N . Power flow control in multi-terminal HVDC grids using a serial-parallel DC power flow controller ［J］. IEEE Access ， 2018 ， 6 ： 56934 - 56944 .

汤广福，罗湘，魏晓光 . 多端直流输电与直流电网技术［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

TANG Guangfu ， LUO Xiang ， WEI Xiaoguang . Multi-terminal HVDC and DC-grid technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

刘黎，蔡旭，俞恩科，等 . 舟山多端柔性直流输电示范工程及其评估［J］. 南方电网技术， 2019 ， 13 （ 3 ）： 79 - 88 .

LIU Li ， CAI Xu ， YU Enke ， et al . Zhoushan multi-terminal VSC-HVDC transmission demonstration project and its evaluation ［J］. Southern Power System Technology ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 79 - 88 .

TANG G ， HE Z ， PANG H ， et al . Basic topology and key devices of the five-terminal DC grid ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2015 ， 1 （ 2 ）： 22 - 35 .

FU Y ， ZHANG Z ， LI Z ， et al . Energy management for hybrid AC/DC distribution system with microgrid clusters using non-cooperative game theory and robust optimization ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1510 - 1525 .

吴红斌，杨超，陈煜，等 . 基于电压源型换流器的多端直流配电网潮流计算［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 11 ）： 79 - 85 .

WU Hongbin ， YANG Chao ， CHEN Yu ， et al . VSC based power flow calculation of multi-terminal DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 79 - 85 .

AHMED H M A ， ELTANTAWY A B ， SALAMA M M A . A planning approach for the network configuration of AC-DC hybrid distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 3 ）： 2203 - 2213 .

肖峻，莫少雄，秋泽楷 . 柔性直流配电网的静态运行域初探［J］. 电力系统及其自动化学报， 2021 ， 33 （ 7 ）： 1 - 10 .

XIAO Jun ， MO Shaoxiong ， QIU Zekai . Static dispatchable region of flexible DC distribution network： a preliminary study ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2021 ， 33 （ 7 ）： 1 - 10 .

姜涛，李雪，李国庆，等 . 含多端柔性直流的交直流电力系统静态电压稳定域构建方法研究［J/OL］. 电工技术学报： 1 - 15 ［ 2021-08-27 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210281 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210281 .

JIANG Tao ， LI Xue ， LI Guoqing ， et al . A predictor-corrector algorithm for forming voltage stability region of hybrid AC/DC power grid with inclusion of VSC-MTDC ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ： 1 - 15 ［ 2021-08-27 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210281 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210281 .

刘海涛，熊雄，季宇，等 . 直流配电系统不同运行模式下扁平化管理与协调控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （增刊1 ）： 37 - 46 .

LIU Haitao ， XIONG Xiong ， JI Yu ， et al . Research on power flat management and coordinated control strategy under different operation modes for DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ Supplement 1 ）： 37 - 46 .

孙秋，范春菊，徐峰，等 . 电力电子变压器中压直流端口单极接地故障特性研究［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3616 - 3622 .

SUN Qiu ， FAN Chunju ， XU Feng ， et al . Research on characteristics of pole-to-ground fault in MV power electronic transformer DC port ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3616 - 3622 .

戴志辉，黄敏，苏怀波 . 基于MMC的环状直流配网在不同接地方式下的故障特性分析［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 1 ）： 1 - 10 .

DAI Zhihui ， HUANG Min ， SU Huaibo . Analysis on fault characteristics of MMC-based ring DC distribution networks under different grounding modes ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 1 ）： 1 - 10 .

吴峻，武迪，朱金大，等 . 多端柔性直流配电网接地方式设计［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2551 - 2561 .

WU Jun ， WU Di ， ZHU Jinda ， et al . Grounding method design of multi-terminal flexible DC distribution ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2551 - 2561 .

戴志辉，葛红波，严思齐，等 . 柔性直流配电网接地方式对故障特性的影响分析［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 7 ）： 2353 - 2364 .

DAI Zhihui ， GE Hongbo ， YAN Siqi ， et al . Effects of grounding mode on fault characteristics in flexible DC distribution system ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 2353 - 2364 .

刘兆元，张宏伟，刘磊，等 . 交直流配电系统的典型网架结构研究［J］. 电子质量， 2018 （ 10 ）： 72 - 77 .

LIU Zhaoyuan ， ZHANG Hongwei ， LIU Lei ， et al . Typical grid structure of AC and DC power distribution system ［J］. Electronics Quality ， 2018 （ 10 ）： 72 - 77 .

涂春鸣，黄红，兰征，等 . 微电网中电力电子变压器与储能的协调控制策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 12 ）： 2627 - 2636 .

TU Chunming ， HUANG Hong ， LAN Zheng ， et al . Coordinated control strategy of power electronic transformer and energy storage in microgrid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 12 ）： 2627 - 2636 .

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 中低压直流配电电压导则： GB/T 35727—2017 ［S］. 2017 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Guideline for standard voltages of medium and low voltage DC distribution system ： GB/T 35727—2017 ［S］. 2017 .

姜山，范春菊，黄宁，等 . 电力电子变压器直流端口极间短路故障特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1301 - 1309 .

JIANG Shan ， FAN Chunju ， HUANG Ning ， et al . Fault characteristic analysis of DC pole-to-pole fault in power electronic transformer ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1301 - 1309 .

李斌，何佳伟 . 柔性直流配电系统故障分析及限流方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 12 ）： 3026 - 3036 .

LI Bin ， HE Jiawei . DC fault analysis and current limiting technique for VSC-based DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 12 ）： 3026 - 3036 .

李亚男，蒋维勇，余世峰，等 . 舟山多端柔性直流输电工程系统设计［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 8 ）： 2490 - 2496 .

LI Yanan ， JIANG Weiyong ， YU Shifeng ， et al . System design of Zhoushan multi-terminal VSC-HVDC transmission project ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 8 ）： 2490 - 2496 .

李潇，范春菊，姜山，等 . 两台电力电子变压器并列运行时直流侧接地方式的研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4783 - 4791 .

LI Xiao ， FAN Chunju ， JIANG Shan ， et al . Study on DC side grounding mode of two power electronic transformers in parallel operation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 4783 - 4791 .

高电压并联电容器： GB 3983.2—89 ［S］. 1989 .

High voltage shunt capacitors： GB 3983 . 2—89 ［S］. 1989 .

刘增训，李本良，邹军，等 . 直流接地极入地电流对埋地金属管道网络电磁影响计算方法的研究［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1613 - 1617 .

LIU Zengxun ， LI Benliang ， ZOU Jun ， et al . Research on calculation method of electromagnetic influence on buried metal pipeline networks due to HVDC grounding electrode current ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1613 - 1617 .

程宏波，冯夏辉，王勋，等 . 直流接地极周围金属管道敷设缓解线防护效果研究［J］. 电瓷避雷器， 2021 （ 1 ）： 83 - 89 .

CHENG Hongbo ， FENG Xiahui ， WANG Xun ， et al . Protective performance of mitigation wires mounted along metal pipelines around DC grounding electrode ［J］. Insulators and Surge Arresters ， 2021 （ 1 ）： 83 - 89 .

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