面向配电网故障恢复的软常开开关的仿真分析

面向配电网故障恢复的软常开开关的仿真分析

徐涛杨鑫宇

(国网浙江象山县供电公司浙江省宁波市315700)

摘要：随着国家经济的迅速发展，城市化进程的推进，配电网结构愈发复杂，传统配电网采用“闭环设计、开环运行”的供电方式，存在着开关变位的操作时间，影响配电网控制的快速性和实时性，加之联络开关动作时受冲击电流、开关损耗等影响，配电网的可靠性和安全性也难以保障。而SNOP（SoftNormallyOpenPoint）作为一种新型可控电力电子器件，可用于替换传统配电网中的联络开关。SNOP具有许多优点，它可以准确控制其所连接的两条馈线的有功功率与无功功率，改善系统整体潮流分布；进行电压无功控制，改善馈线电压水平；通过交流变直流转交流来实现两端馈线电气解耦，确保故障情况下不间断负荷供电；响应速度快，不受动作次数限制，能连续控制；能有效降低损耗，提高经济性等等。本文以背靠背电压源型变流器（B2BVSC）为对象，对其在三相静止abc坐标系、同步旋转dq坐标系下的数学模型进行分析，并在PSCAD/EMTDC环境下搭建模型进行仿真，进一步验证其在配电网故障恢复中的优越性。

关键词：SNOP；配电网；故障恢复；控制策略

1引言

当前配电网大多使用传统联络开关或分段开关作为网络重构的基础，它们存在许多问题，如开关变位时的动作时间，影响配电网控制的效率；联络开关动作时受合环电流冲击、开关动作损耗等影响，影响配电网的安全性和可靠性；若不能及时恢复非故障区域供电，联络开关误动或拒动，进一步扩大故障影响范围，加重故障带来的损失，甚至还可能影响到公共基础设施的正常运行，从而扰乱民众的正常生活，造成不可挽回的损失，在历史上也有发生过类似案例，为了防患于未然，代替传统联络开关的新型电力电子器件SNOP(SoftNormallyOpenPoint)近年步入我们的视线，引起了人们的重视。

SNOP软常开开关相比传统联络开关具有诸多优点，例如可以精确控制其两侧馈线上的有功功率与无功功率，改善系统整体潮流分布；进行电压无功控制，改善馈线电压水平；通过交流变直流转交流来实现两端馈线电气解耦，确保故障情况下不间断负荷供电；响应速度快，不受动作次数限制，能连续控制；能有效降低损耗，提高经济性等等，对配电网长久稳定运行有着重要意义。本文通过建立仿真模型验证SNOP在配电网故障恢复中发挥的实际作用。

2SNOP的仿真

为检验SNOP在配电网故障恢复中发挥的实际作用，本文在PSCAD/EMTDC环境下搭建模型进行仿真，对其双闭环控制下配电网正常运行和故障运行下的响应进行分析。

2.1.1SNOP模型的搭建

SNOP由两个背靠背的VSC通过电容连接构成，SNOP模型搭建的难点实际上是对VSC模型的认识。

VSC是基于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)的三相全控换流桥式电路，在不同的控制模式下可进行整流、逆变工作状态的转换。VSC每一相由两组IGBT与二极管反向连接构成，其中IGBT为电压信号控制电路开关，反向二极管的作用是保护IGBT不会在承受过高电压时被击穿。IGBT的控制信号加在IGBT的左侧导线处，两个VSC之间并联一个直流电容，电容两侧连接两个电感作为直流输电线路的等效电感，两侧万用表则可以读取所需的电气量。

配电网模型由两条馈线构成，其线路阻抗、负载大小如图2-1所示。

图2-1SNOP测试系统模型

两台变压器T1、T2均为星三角接线，可以消除二次侧3和3的倍数次谐波。

2.1.2SNOP仿真器件介绍

本次仿真模型搭建总体分为两部分，分别为物理模型和控制系统的搭建，仿真器件的介绍也按照此顺序进行。

物理模型中涉及器件较少，有导线、IGBT、二极管、万用表、电容、电感、线对地固定负载、三相电压源以及变压器。导线采用理想模型，其阻抗单独以电阻加电感的形式表示；开关器件IGBT可以从模型库中直接添加，默认设置为打开缓冲电路并使用差值算法，缓冲电路的作用是利用电感流过的电流以及电容所加的电压不能突变的原理来保护IGBT，使用差值算法则是为了保证IGBT控制的精确性，实际仿真中均为离散模型。

2.1.3仿真结果分析

正常运行下，SNOP一侧VSC采用PQ控制，调节有功功率与无功功率传输；另一侧采用UdcQ控制，维持直流侧电压稳定，调节无功功率传输。仿真结果如图2-2所示。

（a）（b）

（c）（d）

图2-2SNOP正常运行下响应的仿真结果

图2-2(a)为SNOP一侧VSC1跟踪外部有功功率的曲线，图2-2(b)为VSC1跟踪外部无功功率的曲线，图2-2(c)为VSC2跟踪外部无功功率的曲线，图2-2(d)为SNOP直流侧电压响应曲线。从上述曲线与外部信号的较高重合度可以看出，SNOP有良好的功率动态响应，能够迅速跟踪外部信号，容易实现准确控制。继续观察发现在直流电压稳定的情况下，VSC1和VSC2的有功功率和无功功率跟踪情况均较为稳定，且跟踪进而更好的验证了直流电压对SNOP功率传输的稳定作用，仿真流程中无功功率出现较大波动，并未对有功功率的传递造成影响，说明SNOP实现了有功功率和无功功率的解耦控制，仿真中也发现一些问题，采用PQ控制的VSC1有功功率和无功功率跟踪情况优于采用UdcQ控制的VSC2，且在均经过低通滤波器滤波后，VSC2的谐波较VSC1较多，且能明显观察到VSC2在1.0s至2.0s这段区间内跟踪效果较差，若继续增大时间常数则会加大改区间内波形的陡度，若减小时间常数则会出现波形类似线性函数跟踪外部信号，与预期效果不符。

12344.14.24.34.3.112344.14.24.34.44.4.13结束语

通过对SNOP模型的搭建做出简单的介绍，罗列出所涉及的器件，再对关键器件的功能以及参数调试进行说明，避免初次接触PSCAD/EMTDC的同学由于对器件不熟悉或是不知道需要设置参数导致仿真结果出现较大误差；在搭建完模型并调试好参数后，便可对正常运行下以及故障情况下的响应进行仿真，本章给出了仿真流程以及仿真结果以供参考，并对仿真结果进行了简单的分析，验证了故障发生后，SNOP对故障传播有着积极的抑制作用，且可以限制短路电流的幅值，各侧无功功率可以独立控制，有功功率可稳定传输，非故障侧无功功率的传输不受故障影响，保障了故障在切除前该线路的正常运行。

参考文献：

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