一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法技术

本发明专利技术公开了一种含背靠背(BTB)直流输电的电网故障计算方法，包括下述步骤：输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数；确定故障侧网络拓扑结构及故障边界的交流、非故障侧交流系统的网络拓扑结构、两侧的直流系统的约束方程；建立两端的直流系统的换流器电流开关函数模型

【技术实现步骤摘要】
一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法
本专利技术涉及电力系统故障计算方法的研究领域，具体涉及一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。
技术介绍
随着电压等级和建设规模与同类工程相比均为世界第一的鲁西背靠背直流工程开工建设，标志着我国背靠背工程的应用进入了新阶段。作为大电网间非同步联网的重要方式，背靠背直流可以有效降低两侧所连接电网间的相互影响；然而，与常规直流相比，背靠背直流由于无直流输电线路，使得其整流和逆变间的电气联系紧密，因而两侧交流系统间存在一定的故障相互作用。即在一侧交流电网发生故障时，通过与背靠背直流系统的交流-直流-交流的相互作用，对侧电网将受到一定的影响。因此，研究含背靠背直流的电网故障计算方法将为该类电网的故障分析奠定重要基础。交直流系统间故障相互作用及其故障分析问题一直以来得到了专家学者的广泛关注，针对直流系统建模和故障计算方法等开展了相关的研究工作。在直流系统模型上，已有研究建立了基于开关函数的换流器模型；更进一步的研究工作则考虑了直流控制系统的故障响应，建立了直流系统等值模型；利用这些模型可实现交直流电网的故障计算。但是上述研究均是基于常规直流输电线路较长，一侧交流电网故障时只对本侧换流站造成影响，而另一侧换流站基本不受影响这一前提条件的。由于背靠背直流整流器和逆变器的电气联系非常紧密，上述只考虑故障侧换流站的分析方法并不适用于背靠背直流输电系统。而目前对于背靠背直流的研究则主要集中于对工程方案研究以及控制系统的分析与优化、交流侧保护性能分析以及背靠背直流换相失败原因分析等，尚无涉及到含背靠背直流的交直流电网故障分析。因此，有必要提出一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于填补本研究领域的空白，克服现有技术的缺点与不足，提出一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，包括下述步骤：S1、输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数；S2、由故障侧交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件形成故障侧交流系统约束方程，由非故障侧交流系统的网络拓扑结构形成该侧的交流系统约束方程，由两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程；S3、故障侧和非故障侧换流母线电压为其中k为迭代运算的次数；对全部变量置初始值，即故障侧和非故障侧换流母线电压为S4、根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型，求出电压、电流的开关函数和S5、由故障侧工频母线电压结合换流器开关函数求得故障侧直流系统的电压直流分量和二次谐波分量从而求得直流侧电流的基频分量和二次谐波分量S6、结合换流器开关函数以及非故障侧交流约束方程求得非故障侧工频母线电压并由此修正直流侧的基频分量和二次谐波分量S7、求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流S8、根据注入故障侧交流电网中的电流结合故障侧的交流约束方程可求得交流求得故障侧换流母线电压S9、判断与的差值以及与的差值是否均满足收敛条件，如不满足则把分别代入并重复S4～S9步，直至收敛或达到最大迭代次数后退出计算，并输出计算结果。优选的，步骤S2中，所述非故障侧交流约束方程中的序网络方程如下：而故障边界条件方程则式(2)所示。式(1)、(2)构成了故障侧交流约束方程。以上两式中，以及分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量。为交流电网等值电源的电流正序分量，分别为直流侧注入到交流电网的基频电流正序和负序分量；和分别为故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量；对于非故障侧的交流约束方程可根据其交流电网的拓扑结构和叠加原理得到如下表达式：式(3)中，为单独作用时的交流电网工频序阻抗矩阵，为单独作用时交流电网工频正序导纳矩阵。对于根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程表示如下：Idi0＝fi(Udi0)(4)Idr0＝fr(Udr0)(5)式(4)、(5)中，Udi0、Idi0、Udr0、Idr0分别表示为整流侧直流电压和电流的直流分量，逆变侧的直流电压和电流的直流分量，其中下表中的下标“i”和“r”分别表示逆变侧和整流侧；Ud0、Id0则泛指直流系统的电压直流分量以及电流直流分量。优选的，步骤S3中，k为迭代运算的次数，当计算误差不满足要求时，k值加1，继续循环计算。优选的，步骤S4中，根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型，所述换流器电压电流开关函数工频序分量的计算具体如下：a)根据派克变换的定义，可将换流母线正、负、零序电压转换为a、b、c三相电压：式(6)中，分别为换流母线的a、b、c相的基频相电压，a＝ej2π/3。由相电压进而求得对应的基频线电压和进而求出同步电压相位的偏移将和分别表示换相电压的α分量和β分量，通过式(7)计算：利用换相电压的α分量和β分量可求得直流控制系统同步电压的相位将的相位角为的相位角为的相位角为由下式可计算同步电压的相位偏移式(9)中，为ca相与同步电压的相位偏移，为ab相与同步电压的相位偏移，为bc相与同步电压的相位偏移；b)根据交流侧工频电压和直流侧电流直流分量Id0、和初始触发角α0，计算换流阀延迟导通角θmn、实际触发角αmn和实际的换相角μmn；延迟导通角θmn的计算公式为：式(10)中，xy＝ab、bc、ca，其中a、b、c分别表示三相中的一相，下同；实际触发角αxy的计算公式为：式(10)和(11)中，各个角度以滞后为正，超前为负；xy两相换相时换相角μxy的计算公式为：μxy＝cos-1(cosαxy-2XrId0/Uxy1)-αxy(12)式(12)中，Xr为直流系统换流器的换相电抗；c)根据θxy、αxy和μxy作出三相电压电流开关波形，通过该三相电压电流波形利用傅里叶级数推导出电压电流开关函数的各阶分量：式(13)和(14)中，分别为三相电压开关函数的k阶分量，分别为三相电流开关函数的k阶分量，k＝0,1,2,3……，T为2π；建立电压电流开关函数的序分量和式(15)和(16)中，为abc三相电压开关函数的m-n次相量；为其正、负序分量；为三相电流开关函数的n-m次相量；为其正、负序分量；m＝0,1,2,3…,n＝1,2,3…,a＝ej2π/3。优选的，步骤S5中，由交流换流母线电压和电压开关函数求得直流电压的关系式为：式(17)中，为直流侧电压的m次相量；由此可求得直流系统的电压直流分量和二次谐波分量结合直流约束方程式(4)、式(5)可以求得直流侧电流的基频分量而直流侧的m次谐波电流可以由下式求得：Zd(m)为交流侧看进去的直流侧等值谐波阻抗，其中m＝2可以求得直流侧电流的二次谐波分量优选的，步骤S6中，由直流电流和电流开关函数求得交流电流的关系式为：对于非故障侧，n＝1，则有：结合非故障侧的交流约束方程式(3)可以求得非故障侧的换流母线工频电压由此可以结合建立开关函数的具体步骤，修正非故障侧电压电流开关函数，进而结合计算步骤修正直流侧的基频分量和二次谐波分量优选的，步骤S7中，根据式(19)可求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流优选的，步骤S8中，根据式(1)、式(2)可求得交流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数；S2、由故障侧交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件形成故障侧交流系统约束方程，由非故障侧交流系统的网络拓扑结构形成该侧的交流系统约束方程，由两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程；S3、故障侧和非故障侧换流母线电压为

【技术特征摘要】
1.一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数；S2、由故障侧交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件形成故障侧交流系统约束方程，由非故障侧交流系统的网络拓扑结构形成该侧的交流系统约束方程，由两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程；S3、故障侧和非故障侧换流母线电压为其中k为迭代运算的次数；对全部变量置初始值，即故障侧和非故障侧换流母线电压为S4、根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型，求出电压、电流的开关函数和S5、由故障侧工频母线电压结合换流器开关函数求得故障侧直流系统的电压直流分量和二次谐波分量从而求得直流侧电流的基频分量和二次谐波分量S6、结合换流器开关函数以及非故障侧交流约束方程求得非故障侧工频母线电压并由此修正直流侧的基频分量和二次谐波分量S7、求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流S8、根据注入故障侧交流电网中的电流结合故障侧的交流约束方程可求得交流求得故障侧换流母线电压S9、判断与的差值以及与的差值是否均满足收敛条件，如不满足则把分别代入并重复S4～S9步，直至收敛或达到最大迭代次数后退出计算，并输出计算结果。2.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述非故障侧交流约束方程中的序网络方程如下：而故障边界条件方程则如式(2)所示：式(1)、(2)构成了故障侧交流约束方程；以上两式中，以及分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量；为交流电网等值电源的电流正序分量，分别为直流侧注入到交流电网的基频电流正序和负序分量；和分别为故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量；对于非故障侧的交流约束方程可根据其交流电网的拓扑结构和叠加原理得到如下表达式：式(3)中，为单独作用时的交流电网工频序阻抗矩阵，为单独作用时交流电网工频正序导纳矩阵；对于根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程表示如下：Idi0＝fi(Udi0)(4)Idr0＝fr(Udr0)(5)以(4)、(5)中，Udi0、Idi0、Udr0、Idr0分别表示为整流侧直流电压和电流的直流分量，逆变侧的直流电压和电流的直流分量，其中下表中的下标“i”和“r”分别表示逆变侧和整流侧；Ud0、Id0则泛指直流系统的电压直流分量以及电流直流分量。3.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，其特征在于，步骤S3中，k为迭代运算的次数，当计算误差不满足要求时，k值加1，继续循环计算。4.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法，其特征在于，步骤S4中，根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型，所述换流器电压电流开关函数工频序分量的计算具体如下：a)根据派克变换的定义，可将换流母线正、负、零序电压转换为a、b、c三相电压：式(6)中，分别为换流母线的a、b、c相的基频相电压，a＝ej2π/3；由相电压进而求得对应的基频线电压和进而求出同步电压相位的偏移将和分别表示换相电压的α分量和β分量，通过下式(7)计算：利用换相电压的α分量和β分量可求得直流控制系统同步电压的相位将的相位角表示为的相位角表示为的相位角表示为由式(9)可计算同步电压的相位偏移式(9)中，为ca相与同步电压的相位偏移，为ab相与同步电压的相位偏移，为bc相与同步电压的相位偏移；b)根据交流侧工频电压和直流侧电流直...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海锋，麦国浩，郭彦勋，李世波，王钢，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44