基于DAB直流变压器的多电压等级交直流混合配电网故障特性分析

双主动全桥(dual active bridge，DAB)直流变压器能够通过直流线路互联多个电压等级的交流配电网形成交直流混合配电网，该系统的故障类型多样，故障特性复杂，本文对其故障特性进行详细研究。国内外针对基于DAB的交直流混合配电网故障特性分析还不够完备，对其交直流侧相互影响机理的研究也不够深入。故障特性和交直流侧相互影响的量化分析能够为交直流混合配电网保护配置、控制策略设计等提供理论依据。

1）故障特性分析

分析了基于DAB直流变压器的交直流混合配电网交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后的故障特性，研究了各类故障在整个系统中的传播特性以及DAB直流变压器对系统故障特性的影响。交流网侧单相接地故障、交流阀侧单相接地故障以及直流母线单极接地故障后等效电路如图1所示。

(a) 高压交流网侧单相接地故障等效电路

(b) 高压交流阀侧单相接地故障零序分量回路

(c) 高压直流母线单极接地故障等效电路

图1 各类故障后系统等效电路及电流回路

2）DAB 对不同电容接地方式故障特性影响

研究了换流站直流侧电容采用直接接地和高阻接地方式时，交流故障和直流故障对系统产生的影响。当VSC直流侧电容中点直接接地时，DAB直流变压器能够隔离故障系统与非故障系统，保证非故障系统的正常工作；当VSC直流侧电容中点高阻接地时，系统发生交流单相接地故障或直流单极接地故障后，VSC交流端口相电流和直流母线极间电压都基本保持不变，非故障侧系统几乎不会受到故障的影响， DAB直流变压器对系统的故障特性几乎没有影响。

图2  直流侧电容高阻接地时交直流故障波形

3）含DAB系统故障分析方法

对基于DAB直流变压器的交直流混合配电网进行故障分析时，可以将DAB直流变压器作为分割点，把系统分成若干个独立的系统，如图3所示。在对每个独立系统进行故障分析时，只需要考虑划分在该独立系统内部的DAB直流变压器的部分电路，被隔离变压器分割至其它独立系统的电路部分不予考虑。

图3  多电压等级交直流混合配电网的分区

1）交流单相接地故障发生后，故障侧直流母线电压的二倍频波动能被DAB隔离，该波动不会传递至DAB非故障侧，非故障系统能够正常工作。

2）直流母线单极接地故障发生后，故障侧交流系统只是相电压参考点发生变化。DAB故障侧直流母线极间电压会出现短时下降，随后逐渐恢复正常值。DAB能够调节非故障侧直流母线电压，保证其在故障期间维持正常值，实现故障侧与非故障侧的故障隔离。

3）对VSC直流侧电容直接接地系统而言，DAB直流变压器能够有效隔离故障，保证非故障侧正常工作。对VSC直流侧电容高阻接地系统而言，由于系统故障回路阻抗较大，故障前后整个系统维持正常工作，DAB直流变压器几乎不会对系统故障特性产生影响。