补偿风/光伏电网连接混合动力系统中性接地保护方法的影响

抽象的

风/光伏并网系统（GCS）的影响可以分为技术，环境和经济的影响。它对于提高电力系统的电压有着至关重要的影响;但是，它有诸如接口和故障清除一些负面影响。本文讨论了高电压（HV）电力系统的故障保护不同的接地方法。的对风的各种故障特性这些接地方式影响/ PV GCSS进行了讨论。仿真模型在电磁暂态程序（EMTP）的替代瞬态程序（ATP）版本中实现。该模型允许不同的故障因素和接地方式。结果得到的评价每个接地方法对3相短路故障（SCF），双线对地（DLG）故障，和单线对地（SLG）故障特征的影响。固体，电阻和消弧线圈接地是为风力/ PV GCSS不同的故障进行比较。瞬态过流和过压的波形被用来描述该故障的情况。 This paper is intended as a guide to engineers in selecting adequate grounding and ground fault protection schemes for HV, for evaluating existing wind/PV GCSs to minimize the damage of the system components from faults. This research presents the contribution of wind/PV generators and their comparison with the conventional system alone.

1.介绍

可持续能源(SESs)是关于明智地使用能源和使用清洁能源和清洁技术产生的能源。较多的SESs需要新的方案来改善或维持电能质量和稳定性[1］.与风力/光伏发电场的电网接口提高了系统的可靠性[2］.

由于风速、太阳辐照度和位置等条件的变化和不确定性，SESs直接影响风/PV的集成。SCF值是安全保护系统的基本特性。SCF幅值对于耦合到GCS的位置最重要，不能增加设计值[3.，4］.分布式发电（DG）的SCF电流共享的不稳定性是将DG集成到传统系统的重要约束[5，6］.瞬态发生在电力系统中，由于各种原因，诸如故障，开关闭合和打开，或雷击[7，8］.突出发生器（IGS）到母线的突然连接导致改变瞬态电流，这也影响了电力质量[9］.

与未接场系统相比，接地系统具有许多优点[10- - - - - -12］.当系统在正常操作时运行时，接地方法具有很小的影响，但是当故障发生在架空线（OHL）时变得有效和显着。通过在故障条件下的系统的计算和模拟来实现合适的接地溶液[13］.共振接地支架熄灭了约80%的临时接地故障的故障电弧[14］.

许多研究人员以前讨论过不同类型的中性点接地、SLG故障以及中压(MV)或高压常规系统中的故障定位和检测，如Al-Zyoud等人，他们在约旦中压配电系统(DSs)中使用各种接地技术。讨论了这些接地方法对SLG故障的影响[13］.Jacob和Nithiyanthan在他们的论文中强调了基于故障网络额定电压的接地类型[15］.Pillai等人在论文中讨论了发电机中压定子接地故障保护技术及其优缺点[16］.Bapat等人。当DSS考虑并行运行的多个源时，在应用程序上工作。提出了用于低频和中压系统的混合接地[17］.在[18- - - - - -21，作者分析了各种类型的中性接地。在[22，23，研究了系统各参数在故障条件下的电压和电流特性。中性点隔离系统具有低故障电流。许多研究人员创建了补偿保护算法[24- - - - - -28］.通过使用用于MV系统的Petersen线圈通过单行到地（SLG）故障产生的过电压在[29］.在[30.[作者，作者分析了中性接地技术对阿联酋Al AIN DS故障特征的影响。在[31[捷克共和国的DS的各种条件下，在捷克共和国的各种情况下检查了一些实验故障案例。在[32[作者，作者分析并比较了MV系统中接地故障的特征，即20 kV，具有高阻抗接地。结果基于对实际情况录音的评估，在3年内实现。

大多数研究人员在中频网络和常规系统的SLG故障期间工作，但没有人在高压网络和短路故障(SCFs)期间工作。在本文中，作者研究了在SCF条件下的风力/光伏GCSs，并将研究在SCF条件下风力/光伏发电机的贡献及其与传统系统单独的比较，SC电流的幅度降低的百分比，以及使用故障电阻和Peterson线圈产生的波形畸变。

2.接地系统的类型

接地系统的选择取决于系统的应用和情况。接地系统的分类在图中给出1［15］.

基本上，有两种方法可以接地一个系统，而中立的接地是最常用的。它可用于将整个系统或地面设备（如发电机和变压器）研磨33］.

这些技术应用于发电站或变电站。一个固体接地系统直接接地，没有有意的阻抗。大多数低压发电机选择牢固接地，以快速清除高故障电流，高故障电流对高SLG级发电机有重大风险。在电阻接地系统中，电阻从源点通过接地导体与地相连，以减少故障电流。

近年来，发电机宜采用低阻接地而非固体接地，以提高对过电压和谐波的良好可靠性[15］.混合电阻接地(HRG)系统最适用于中压系统[16]发生器。故障电流是通过使用消弧线圈减少由于补偿的影响。该系统充电和故障期间放电取决于故障位置和线路电容到地面。故障通过彼得森线圈电流补偿，并降低了电容性电流。

SLG故障发生时，故障相向地放电电流，电流通过2个未故障相返回[13］.这可以提升2个未卸载的相的线到地电压，这反过来充电线到接地故障电容（绝缘）。

得到了谐振线圈(彼得森线圈)条件

在完全赔偿的情况下，

3.风/光伏电网连接系统

风/光伏发电机与传统电力系统连接。100 MW风/光伏发电机在200公里OHL的中点以400kV的电压连接到传统系统，如图所示2。该系统采用了同步电机(SM59_NC)型同步发电机(SG)、感应发电机(IG)和三相混合变压器(XFMR);与SG配合使用XFMR混合变压器1台，即22/ 400kv;第二个XFMR与交流侧的PV发电机一起使用，即0.44/400 kV(图中没有提到PV馈电到400 kV的中间中压系统2）;第三个XFMR [34]与IG配合使用，即34/ 400kv。所有参数可于[35］.

3.1。SCF电流由故障电阻控制

SCF被认为发生在如图所示的线路上的母线X处3.。短路故障发生在A相电压处于峰值时，即22.15 msec。故障点X的故障电流波形如图所示4。表格中给出了由于SCF而导致的风/ PV GCS上的故障位置X上的故障相电流最小化1。

故障点X的最大故障电流值随着故障电阻的增大而减小。故障点X的故障电流从故障电阻1 Ω时的3.35%下降到故障电阻60 Ω时的88.59%。随着故障电阻的增大，SCF电流减小。在故障电流波形中，当故障电阻较低时，瞬态电流较高。还分析说，与LG故障相比，SCF引起的波衰减也更高。

３．２．各种故障下风力/光伏GCS接地与接地的比较

在此风/光伏GCS上，认为不同类型的故障被认为是SLG故障，DLG故障和SCF。LG故障发生在OHL的阶段A上，即400 kV。在DLG故障的情况下，在相A和B的线路接收端发生故障。在各种故障下的400 kV绕组上的固体接地和Peterson线圈接地的比较为58.6小时电感表格中给出了条件2。

表格2显示具有固体接地的SCF电流，彼得松线圈接地为58.6小时电感。通过使用Peterson线圈减少了SCF电流和波浪失真。如图所示，当系统接地牢固时，波形失真非常高5和6。

表格2显示了固体接地和电感为58.6 H的Peterson线圈接地的SLG电流。采用Peterson线圈后，SLG电流提高到19.88%，波形畸变减小。如图所示，当系统接地牢固时，波形失真非常高7和8。还可以确定彼得松线圈在SLG故障下不合适，从瞬态过电压和失真角度来看，400 kV OHL。当系统电容与线圈的电感匹配时，系统得到完全补偿。如果电抗器电感与系统电容不匹配，则系统关闭了调谐。取决于电感和电容之间的关系，它可以过度或下层复分。Peterson线圈不适用于高压和长传输线。

表格2显示了实心接地和电感为58.6 H的Peterson线圈接地的DLG电流。采用彼得森线圈减小了DLG电流和波形畸变。如图所示，当系统接地牢固时，波形失真非常高9和10。据分析认为，消弧线圈是最适合SCF和DLG故障。由于风/光伏电力电子设备在图中发生谐波畸变5- - - - - -10。

3．3.使用彼得森线圈的SCF电流最小化

该SCF被认为是发生在与母线X 如图所示11。短路故障发生在A相电压处于峰值时，即22.15 msec。由于消弧线圈的补偿冲击，采用谐振接地降低了故障电流。SCF的充放电取决于线对地电容和故障位置。通过消弧线圈的故障电流补偿并使通过故障位置的电容电流最小化。表格3.给出了消弧线圈接地故障情况下的结果。由于补偿率高，故障电流值小。这个小的故障电流值使系统能够在故障状态下很长一段时间内继续给用户供电。为了补偿馈线(200km)的容性接地故障电流，零序电容约为0.0079μ.F /公里。

在故障位置X上的风的故障电流的最小化/ PV GCS由于SCF为彼得森线圈的不同的值在表中给出3.。故障点X的故障电流波形如图所示12。随着故障电感的增大，故障位置X处的最大故障电流幅值减小。故障点X的故障电流从故障电感1h时的0.36%降至故障电感65h时的51.78%。在故障电流波形中，当故障电感值较低时，瞬态电流较高。同时还分析了SCF对电磁波衰减的影响。

BusBar Z处的故障电流的波形在图中给出13。在风力母线Ž故障电流的最小化/ PV GCS由于SCF为彼得森线圈的不同的值在表中给出4。母线Z处的最大故障电流大小随着故障电感的增大而减小。故障定位X处的故障电流从1小时的3.69％降低到65小时的故障电感下的47.79％。在故障电流波形中，当故障电感值较低时，瞬态电流较高。同时还分析了SCF对电磁波衰减的影响。

表中给出了风/PV GCS彼得森线圈电感值在1 H ~ 65 H范围内发生故障时，故障位置X处故障相和未故障相电压的最大幅值5。

The voltage of faulted phases increased from 6.11 kV at 1 H to 296.1 kV at 65 H inductances because it also acts as the voltage source. Wave attenuation is also increased as inductance increased as shown in Figures14和15。在风力/光伏IGs上，由SLG故障引起的故障电流比由SCF引起的故障电流要少。当研究故障电感的影响时，这意味着相对于SLG故障，SCF对风/PV混合系统的影响更为严重。此外，与SLG断层相比，SCF的波衰减也更高。

4。结论

该研究对风/光伏GCS的保护、设计、规划和运行具有重要意义。分析了SCF电流的波形，并据此设计了保护策略。本研究提出了各种故障引起的瞬态过流和过电压响应，并研究了保护方案，如固体、电阻和彼得森线圈接地以最小化故障电流。这些特性对沿OHL的电流和电压波形的大小和形状有重要的贡献。

研究包括三种类型的断层，即SCF断层、SLG断层和DLG断层。对三个案例进行了详细的比较，本研究仅针对传统系统和风力/光伏GCS。风力/光伏发电机对SCF的影响最为严重。在ATP/EMTP软件中完成了高压风/PV gcs的故障计算模型。该模型研究了不同接地方法和故障因素下的scf。通过改变故障电阻的值来控制SCF、SLG故障和DLG故障电流。OHL中的电容性充电电流是造成故障电流的主要原因。无故障相电压高于额定电压水平。

当SCF通过故障电阻接地时，SCF电流从1时的3.35%减小ω.在60Ω故障电阻下至88.59％。波衰减也降低，因为故障电阻从低值的低值增加到高值。

Fault currents with solid grounding and with Peterson coil grounding of 58.6 H inductance under various faults are also observed. SCF current is reduced to 45.28%, and wave distortion in fault current is also reduced by using Peterson coil grounding. SLG current is increased to 19.88%, and wave distortion is reduced by using Peterson coil grounding. DLG current is reduced to 43.26% and wave distortion is also reduced by using Peterson coil grounding. But wave distortions are very high for SCF, SLG, and DLG states, when the system is solid grounding. It has been analyzed that Peterson coil is most suitable for the SCF and DLG fault. In North America, the Peterson coil would only be considered for SLG purposes. Due to high voltage in OHL, it would require hundreds of higher voltage insulators over km; thus, it is never selected.

本文还研究了不同故障点X彼得森线圈的SCF对风/PV GCS故障点X和母线Z故障电流的最小化。随着故障电感的增大，故障位置X处的最大故障电流幅值减小。故障点X的故障电流从故障电感1h时的0.36%降至故障电感65h时的51.78%。在故障电流波形中，当故障电感值较低时，瞬态电流较高。母线Z处的最大故障电流大小随着故障电感的增大而减小。母线Z的故障电流由故障电感1 H时的3.69%降至故障电感65 H时的47.79%。在故障电流波形中，当故障电感值较低时，瞬态电流较高。同时还分析了SCF对电磁波衰减的影响。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

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