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基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析李润良北京100070）（中国广核新能源控股有限公司，摘要院新能源电站发电单元多采用35kV线路进行输送汇集,在电力系统中35kV系统多采用不接地方式运行。随着新能源发生接地故障时电弧不易熄灭，严重影响电网安电站规模越来远大，集电线路距离长、分支多，造成系统对地电容电流越来越大，然而此种运行方式使用较少,全。因此新能源电站35kV多采用小电流接地系统运行方式，配备线路零序保护快速切除接地故障。不能快速确定故障。本文针对经接地变和小电阻接地系国内外相关技术文献有限，实际运行中运行人员对故障后处理经验不足，利用MATLAB/SimPowerSystems搭建电力系统模型进行仿真，并结合实际的故障案例统发生故障后的现象，运用向量图进行分析，保障电网安全稳定运行。进行验证，归纳出该系统发生故障后的现象规律，便于运行人员快速确认故障，关键词：接地变；小电阻接地；零序电流；MATLAB中图分类号院TM862文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2019冤27-0080-021系统概述 ACBa风电场或光伏电站一次系统结构基本相同，风机或光伏逆A变器经变压器升压至35kV经汇集线汇集送至升压站35kV母线，经110kV主变升压后并入主网系统。35kV电压等级采用120°A`YNd11变压器经接地变接小电阻接地，能够有效控制接地零序从而快速切除故障。电流并实现选线功能，C`b我国的电网系统中，35kV电压等级一般采用不接地运行方O式，能够大大提高供电可靠性。但是随着新能源电站规模越来OB`C`A`
BCB`电容电流越来越大（超过10A）越大，集电线路距离越来越长，，造成设备绝接地电弧间歇性熄灭与重燃，可能产生弧光过电压，c电压互感器铁磁谐振过电压、避缘薄弱处击穿、电缆相间短路、O危及电网的雷器爆炸等恶性事故，严重威胁电网设备的绝缘，acb安全运行。图1Z形接地变工作原理及相位图为了防止上述事故的发生，新能源电站要求发生接地故障当系统正常运行时，没有电流流过接地变及接地电阻；当系能够快速判断切除。直接接地系统发生接地故障后，接地零序统发生接地故障后，零序电流由接地故障相流入大地，经中性点电流大，可能造成电网的振荡或损坏电气设备，故经小电阻接接地电阻和接地变返回系统。此时流过中性点接地电阻的电流地，既控制了接地零序电流又实现了锁定故障的功能。为；流过接地变每相的电流为2接地变工作原理及特性分析R为接地变的中性点电阻，X为接地变每相线圈分成两组分（UN为汇集线的相电压，接地变压器（在本文中简称为接地变），流经接地变每相的故障电流幅值相等、相位相同。上半部分的绕组线圈AA’别反向绕在该相磁柱上，、BB’、CC’为的零序阻抗）3利用MATLAB进行故障仿真分析下半部分AO’具有高压的主绕组；、BO’、CO’为高压移相绕组，MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用移相绕移相效应；ao、bo、co为低压绕组。相位关系如下图所示，数据可视化、数据分析以及物理模型搭建和仿真。组AO’在相位上超前调压绕组AA’60°，即每相上有60°相位于算法开发、SimPowerSystems是在Simulink环境下进行电力电子系统建关系的高压侧两个半绕组；绕组对正序负序电流呈高阻抗，对零序电流呈现低阻抗，接地变只在接地故障发生至零序保护动作模和仿真的先进工具。YNd11型变压器经接地变和小电阻接地系统故障仿真规程切除故障这段时间内起作用，其中性点接地电阻和接地变才会规定，小电阻接地系统中接地电阻的选取按单相接地故障时的通过零序电流。根据余弦定理零序电流以100A———1000A左右为宜。（Phase-to-phase为了便于数值读取，设置系统线电压有效值rmsvoltage）为：36746.8（V）rms，则相电压峰值为Phase-to-groundpeakvoltage=36746.8V/1.732*1.414=30000Vpeak；接地变零序阻抗忽略为0；中性点电阻RN=100Ω，RL为线路阻抗。通过SimPowerSystems搭建仿如图2所示。真模型，3.1设接地故障点在母线A相处接通过理论分析，母线处短路电流IA=300A，IB=0A，IC=0A；地变中性点IN=300A；接地变相电流2019.27科学技术创新
Scope1ADNBCThree-Phase SourceABCThree-Phase Series RLC BranchabclabcabcABCABCThree-Phase Fault-81-
Three-Phase V-I MeasurementScope2VabcabcVabcABCabcScope3Scope4IabcABCabcScope5ABCGroundingTransformerNi+-Current MeasurementParallel RLC BranchABCContinuousPower gui4规律总结及向量分析通过MATLAB/SimPowerSystems搭建系统模型进行仿真，将经接地变和小电阻接地的小电流接地系统可以等效为YNyn变压器低压侧经小电阻接地系统，接地变中性点相当于系统虚拟中性点。
RLRL
20000V
180°
RN
RL
30000V120°UC30000V-120°UB
200A10000V0°U
A
Three-Phase V-I Measurement2Three-Phase V-I Measurement3Three-Phase V-I Measurement4图2经接地变小电阻接地系统SimPowerSystems仿真模型IAJ=IBJ=ICJ=300A/3=100A；母线线电压不变；UA=0V，等电位0点
UB=UC=30000V*1.732=51960V；仿真波形如图3所示。上左为母线处三相电流波形图；上右为接地变中性点电流图5电位接点分析图下左为母线线电压波形图；下波形图；中间为接地变三相电流；非故障相电压升高。发生接地故障后，故障相电压会降低，右为相电压波形图。故障点越靠近母线，故障电流越大、故障相电压降低越多。400
4002000-200-40015.7215.7415.763002001000-100-200-300-400 UA1216.0616.0816.116.12150100500-50-100-15020-2-4-615.77104
3416.2816.2916.316.3110420-2-4-616.3216.3316.3416.35UC
UB
15.7815.7915.8015.8615.8715.8815.图3母线直接接地各节点电流电压波形图3.2设接地故障点在线路阻抗为50Ω处接通过理论分析，母线处短路电流IA=200A，IB=0A，IC=0A；地中性点IN=200A；接地变相电流IAJ=IBJ=ICJ=200A/3=66.66A；母线线电压不变；UA=10000V，UB=UC=43600V；仿真波形如图4所示。上左为母线处三相电流波形图；上右为接地变中性点电流下左为母线线电压波形图；下波形图；中间为接地变三相电流；右为相电压波形图。
2001000-100-20015.74806040200-20-40-60-8020-2-4-615.7710415.7615.7815.84002000-200-40016.0616.0816.116.13516.1416.14516.1516.15520-2-4-616.16104
16.16516.1716.17515.7815.7915.8015.8615.8715.8815.图4经50Ω电阻接地各节点电流电压波形图图6接地点变化母线电压变化图接当故障点在母线时，UA=0V，UB=UC=1.732*30000=51960V；地点在位置1；当线路阻抗为50Ω时，UA=10000V，UN=-20000V；UB=30000V∠-120°-（-20000V∠0°）=43600V，故障点在位置2；接近为正常状态。当故障点在距母线无穷远时，5案例呈现及仿真验证某光伏电站为经接地变和小电阻接地系统，发生集电线路接地故障后，继电保护装置和故障录波装置信息和上述理论分非故障相电压升高，线电析及仿真情况一致。接地相电压降低，零序电流经中性点压不变，接地线路产生一定幅值的零序电流，电阻和接地变返回系统，接地变高压侧三相电流幅值相等相位相同。本文从理论分析、MATLAB仿真、向量分析及案例验证几方面剖析了经接地变和小电阻接地的小电流接地系统的故障特并根点。在运维工作中，我们可以根据上述规律锁定故障类型，据规律判定故障点的初步位置。参考文献[1]于群,曹娜《.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真》.
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