一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，步骤为：101、针对直流线路发生极间短路故障后的故障电流特性及交流系统对故障电流的贡献，提出交直流混合配电网直流极间短路故障后的等效电路。该等效电路由交流电压源301、交流系统等效电阻302、交流系统等效电感303、换流站直流侧电容206、直流线路电阻304、306，直流线路电感305、307组成；102、根据步骤101的分析，推导交流系统贡献短路电流的解析表达式；103、根据步骤102的分析提出多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，计算其稳态平均值、暂态峰值时间以及暂态峰值。

【技术实现步骤摘要】
一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法
本专利技术涉及一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，属于交直流混合配电网

技术介绍
随着全球环境污染和能源危机的加重，利用风能、太阳能等可再生能源替代传统化石能源进行发电成为世界各国的研究热点。可再生能源的广泛并网对交流配电网的控制、保护等技术提出了更高的要求，传统交流配电网开始面临分布式电源接入、负荷多样化及网架结构庞杂等方面的巨大挑战。直流配电网在消纳分布式能源、减少能量转换次数等方面具有一定优势，但目前要想完全取代交流配电方式并不现实。因此，从利用现有交流配电网资源和直流配电网优势的角度出发，交直流混合配电网将成为未来配电网的重要形式之一。在交直流混合配电网运行过程中，直流系统线路发生短路故障后，交流系统会对直流短路电流产生一定的影响和贡献，有必要针对交流系统对直流短路电流的影响机理和交流系统贡献短路电流的计算方法开展详细研究，明确交流系统对直流系统的影响，为系统故障分析和保护设计奠定理论基础。国内外目前已针对直流系统发生故障后交流系统贡献短路电流的机理和计算方法开展了一些理论研究。在交流系统贡献短路电流的机理方面，刘鑫蕊、谢志远、孙秋野等在《电网技术》2016年第40卷第3期所著《低压双极性直流微网故障分析及保护方案》,对直流极间短路故障特性进行了分析，但未涉及多端系统的研究。YangJ,FletcherJE,O'ReillyJ等在《IEEETransactionsonIndustrialElectronics》2012年第59卷第10期所著《Short-CircuitandGroundFaultAnalysesandLocationinVSC-BasedDCNetworkCables》，分析了直流线路极间短路故障不同阶段的故障电流特征，提出了相应故障电流表达式，但仅对单端系统进行了分析，未考虑多个换流站的贡献。在交流系统贡献短路电流的计算方法方面，李斌、何佳伟在《中国电机工程学报》2015年第35卷第12期所著《柔性直流配电系统故障分析及限流方法》,给出了直流配电网直流故障后，交流系统贡献短路电流的微分方程组，但未提出求解方法。国际标准《InternationalStandardIEC61660》在1997年6月所著《Short-CircuitCurrentsinDCAuxiliaryInstallationsinPowerPlantsandSubstations》，给出了单个换流站的直流短路电流稳态值、峰值以及峰值时间的工程计算公式，没有针对交流系统的贡献开展计算。PiresCL,NabetaSI,CardosoJR等在《IETPowerElectronics》2008年第1卷第3期所著《Second-OrderModelforRemoteandClose-upShort-CircuitFaultsCurrentsonDCTractionSupply》，提出用二阶系统来近似故障后的系统，从而计算短路电流特征值的方法，但上述方法针对单端系统，并未涉及多端系统的研究。总之，现有研究大多针对单端系统进行研究，所提方法不适用于多端系统。且现有研究未提出交流系统对短路电流贡献的实用计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的：是克服现有技术的不足，提供一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，计算过程简便易行，可实现多端交直流混合配电网直流故障时故障电流水平的预测，确保系统的可靠运行，且能够在多种情况下保证计算精度。本专利技术技术解决方案：一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，步骤如下：步骤101：针对直流线路发生极间短路故障后，单个换流站的故障电流特性及交流系统对故障电流的贡献，构建交直流混合配电网直流极间短路故障后的等效电路；步骤102：根据步骤101得到的等效电路建立交流系统贡献短路电流在在不同故障阶段的解析表达式；所述的不同故障阶段指直流电容放电和交流系统馈入阶段；步骤103：根据步骤102推导得到的在不同故障阶段的解析表达式，结合步骤101构建的等效电路，计算多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流，包括其稳态平均值、暂态峰值时间以及暂态峰值。每一步骤具体说明如下：1.所述步骤101中，交直流混合配电网直流极间短路故障发生后的等效电路反映了电容放电阶段和交流系统馈入阶段的电流回路；所述等效电路由交流电压源301、交流系统等效电阻302、交流系统等效电感303、换流站直流侧电容206、直流线路电阻304、306、直流线路电感305、307组成。换流站直流侧电容206、直流线路电阻304、306和直流线路电感305、307串联后，构成直流电容放电阶段的电流回路。交流电压源301、交流系统等效电阻302和交流系统等效电感303串联后，构成交流系统馈入阶段的电流回路；直流电容放电阶段电流回路和交流系统馈入阶段电流回路并联后构成系统的故障等效电路。2.所述步骤103中，所述短路电流的计算可以分为直流电容放电和交流系统馈入两个阶段；3.所述步骤103中，交流系统贡献短路电流在不同故障阶段的解析表达式，包括电容放电阶段故障电压和电流表达式、交流系统馈入阶段故障电流表达式：其中，i为换流站的编号，Udci为换流站i直流侧电容电压，ii0_i为各换流站的故障电流，R1p＝Rd1_1，L1p＝Ld1_1，R2p＝Rd2+Rd1_0，L2p＝Ld2+Ld1_0，R3p＝Rd3+Rd1_0，L3p＝Ld3+Ld1_0。Cdi为各换流站的直流侧电容。Rd1_1、Ld1_1为换流站1故障直流线路始端等效电阻和电感，Rd1_0、Ld1_0为故障直流线路末端等效电阻和电感。Rd2、Ld2为换流站2直流线路等效电阻和等效电感，Rd3、Ld3为换流站3直流线路等效电阻和等效电感。iCi为各换流站直流侧电容放电电流，isi为各换流站交流系统贡献给直流侧的直流短路电流，Cdi为换流站i的直流侧电容、t0为故障发生的时刻，t1i为各换流站电容放电结束的时刻，即交流系统电流开始馈入直流侧的时刻。4.所述步骤103中，交流系统贡献短路电流的故障特征值包括稳态平均值、暂态峰值时间和暂态峰值。5.所述的步骤103中，交流系统贡献短路电流的稳态平均值，通过式(3)-(6)求得：其中，i为换流站的编号，为各换流站交流系统贡献短路电流的稳态平均值，Zi为各换流站的交流系统馈入短路电流回路的阻抗，Zf为故障直流线路末端对交流系统馈入短路电流回路阻抗的贡献，Ni为各换流站变压器的变比，Vsi为各换流站交流系统相电压，Rsi为各换流站交流系统等效电阻，Lsi为各换流站交流系统等效电感，Lti为各交流系统变压器等效电感，Lri为各换流站交流出口处电感，R1＝Rd1_1，L1＝Ld1_1，R2＝Rd2，L2＝Ld2，R3＝Rd3，L3＝Ld3。Rd1_1、Ld1_1为换流站1故障直流线路始端等效电阻和电感，Rd1_0、Ld1_0为故障直流线路末端等效电阻和电感。Rd2、Ld2为换流站2直流线路等效电阻和等效电感，Rd3、Ld3为换流站3直流线路等效电阻和等效电感，ωsi为交流系统角频率。6.所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，其特征在于：所述计算方法包含以下步骤：步骤101：针对直流线路发生极间短路故障后，单个换流站的故障电流特性及交流系统对故障电流的贡献，构建交直流混合配电网直流极间短路故障后的等效电路；步骤102：根据步骤101得到的等效电路建立交流系统贡献短路电流在不同故障阶段的解析表达式；所述不同故障阶段是直流电容放电和交流系统馈入两个阶段；步骤103：根据步骤102得到的在不同故障阶段的解析表达式，结合步骤101构建的等效电路，计算多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献的短路电流，所述短路电流包括稳态平均值、暂态峰值时间以及暂态峰值。

【技术特征摘要】
1.一种多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，其特征在于：所述计算方法包含以下步骤：步骤101：针对直流线路发生极间短路故障后，单个换流站的故障电流特性及交流系统对故障电流的贡献，构建交直流混合配电网直流极间短路故障后的等效电路；步骤102：根据步骤101得到的等效电路建立交流系统贡献短路电流在不同故障阶段的解析表达式；所述不同故障阶段是直流电容放电和交流系统馈入两个阶段；步骤103：根据步骤102得到的在不同故障阶段的解析表达式，结合步骤101构建的等效电路，计算多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献的短路电流，所述短路电流包括稳态平均值、暂态峰值时间以及暂态峰值。2.根据权利要求1所述的多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，其特征在于：所述的步骤101中的交直流混合配电网直流极间短路故障后的等效电路反映了直流电容放电阶段和交流系统馈入阶段的电流回路；所述等效电路由交流电压源、交流系统等效电阻、交流系统等效电感、换流站直流侧电容、第一直流线路电阻、第二直流线路电阻、第一直流线路电感、第二直流线路电感组成；换流站直流侧电容、第一直流线路电阻、第二直流线路电阻和第一直流线路电感、第二直流线路电感串联后，构成直流电容放电阶段的电流回路；交流电压源、交流系统等效电阻和交流系统等效电感串联后，构成交流系统馈入阶段的电流回路；直流电容放电阶段电流回路和交流系统馈入阶段电流回路并联后构成系统的故障等效电路。3.根据权利要求1所述的多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，其特征在于：所述步骤103中，所述短路电流的计算分为直流电容放电和交流系统馈入两个阶段。4.根据权利要求1所述的多端交直流混合配电网直流故障时交流系统贡献短路电流的计算方法，其特征在于：所述步骤102中，直流电容放电阶段的解析表达式包括故障电压和电流表达式；所述交流系统馈入阶段的解析表达式包括故障电流表达式；其中所述直流电容放电阶段的故障电压和电流表达式所述交流系统馈入阶段的故障电流表达式：其中，i为换流站的编号，Udci为换流站i直流侧电容电压，ii0_i为各换流站的故障电流，R1p＝Rd1_1，L1p＝Ld1_1，R2p＝Rd2+Rd1_0，L2p＝Ld2+Ld1_0，R3p＝Rd3+Rd1_0，L3p＝Ld3+Ld1_0，Cdi为各换流站的直流侧电容，Rd1_1、Ld1_1为换流站1故障直流线路始端等效电阻和电感，Rd1_0、Ld1_0为故障直流线路末端等效电阻和电感，Rd2、Ld2为换流站2直流线路等效电阻和等效电感，Rd3、Ld3为换流站3直流线路等效电阻和等效电感，iCi为各换流站直流侧电容放电电流，isi为各换流站交流系统贡献给直流侧的直流短路电流，Cdi为换流站i的直流侧电容、t0为故障发生的时刻，t1i为各换流站电容放电结束的时刻，即交流系统电流开始馈入直流侧的时刻。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁晓敏，裴玮，肖浩，孔力，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11