一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法。本发明专利技术方法基于混合式直流断路器分时段复频域电路模型，在复频域内对故障网络矩阵方程分时段求解计算混合式直流断路器动作下的带金属回线柔性直流电网各支路故障电流。本发明专利技术方法在复频域中用矩阵形式表示柔性直流电网网络结构和关键设备，形象直观且移植度高。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法
本专利技术涉及柔性直流电网领域，具体涉及一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法。
技术介绍
柔性直流输电技术是解决大容量、远距离输电以及实现现代电力传输的有效手段。由于其具有灵活独立调节有功功率和无功功率的优点，所以柔性直流输电技术被广泛运用在大规模可再生能源输电中。柔性直流电网是利用现有的交直流输配电设备以直流形式传输有功功率，同时直流线路在直流场互连成网的一种新型网格化结构电网，其在大规模新能源并网发电和大容量远距离输电等需求日益迫切的领域中具有广阔的应用前景。柔性直流电网线路短路故障造成故障电流激增，超过电力电子器件耐受电流上限值，导致换流站甚至整个直流电网停运。因此，柔性直流电网线路短路故障是限制柔性直流电网进一步发展的决定性因素之一。短路故障电流分析与计算可以较为准确地描述故障电流的发展趋势，为直流电网设备提供应力指标，有必要对柔性直流电网进行短路故障分析与计算。但现有面向直流电网的故障电流解析计算方法存在着以下不足：直流电网故障电流计算方法涉及矩阵微分计算或节点静态等值，计算复杂度较高，静态等值过程将比较繁琐；目前直流电网故障电流解析方法大多计算了故障电流的自然响应，尚未考虑混合式直流断路器动作下的直流电网故障电流开断响应。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法。为实现本专利技术的目的，本专利技术的技术方案如下。一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，包括：建立柔性直流电网等效复频域模型，建立表征带金属回线柔性直流电网故障网络的基本割集矩阵Qf，确定带金属回线柔性直流电网故障网络对应的连通图，确定连通图的树和有向图，依据树与有向图确定基本割集Ck及其方向；设基本割集矩阵每一行对应于一个基本割集Ck，每一列对应于一条支路bj，则其元素qkj为：采用式(1)计算柔性直流电网线路短路故障电流频域量Ib(s)；Ib(s)＝Yb(s)Ub(s)+Yb(s)Us(s)-Is(s)(1)其中，Ub(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域支路电压列向量，Yb(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路导纳矩阵，Is(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电流源列向量，Us(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电压源列向量。优选的，柔性直流电网等效复频域模型包括换流器等效复频域模型、架空线路等效复频域模型和混合式直流断路器等效复频域模型；其中，换流器复频域模型等效为RLC串联复频域模型，架空线路复频域模型等效为RL串联复频域模型，混合式直流断路器等效复频域模型分时段依次等效为电阻模型和恒压源模型。优选的，采用式二(2)计算复频域支路电压列向量Ub(s)：其中，Ut(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域树支电压列向量。优选的，采用式三(3)计算支路电压源列向量Us(s)：Us＝Lbidc(ti)+uc(ti)/s-Uarr(s)(3)其中，Us(s)为间变量支路电压源列向量，Uarr(s)为支路残压列向量，ti为第i阶段时间，Uarr(s)为支路残压列向量，idc(ti)为支路短路故障电流时域量、uc(ti)为支路电流电容电压，Lb(s)为支路感抗矩阵。优选的，采用式四(4)计算支路电流电容电压uc(ti)：uc(ti)＝L-1(Cb(s)Ib(s))(4)其中，Cb(s)为支路容抗矩阵，L-1为拉普拉斯反变换。优选的，采用式五(5)计算支路短路故障电流时域量idc(ti)：idc(ti)＝L-1(Ib(s))(5)优选的，采用式六(6)计算支路残压列向量Uarr(s)：其中，URES为避雷器残压。优选的，采用式七(7)计算复频域树支电压列向量Ut(s)：Yc(s)Ut(s)＝Ic(s)(7)其中，Ic(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的割集电流源列向量，Yc(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的割集导纳矩阵。优选的，采用式(8)计算割集电流源列向量Ic(s)：Ic(s)＝Qf[Is(s)-Yb(s)Us(s)](8)。优选的，采用式(9)计算割集导纳矩阵Yc(s)：相对于现有技术，本专利技术的有益技术效果在于：本专利技术基于换流站、架空线路以及混合式直流断路器复频域等效模型，依据混合式直流断路器分时段复频域电路模型，在复频域内对故障网络矩阵方程分时段求解计算混合式直流断路器动作下的带金属回线柔性直流电网各支路故障电流。本专利技术方法在复频域中用矩阵形式表示柔性直流电网网络结构和关键设备，形象直观且移植度高，方便计算机求解。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为柔性直流电网线路短路故障电流计算流程图；图2为柔性直流电网中混合式直流断路器短路能量耗散过程示意图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，本实施例的柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，包括：建立柔性直流电网等效复频域模型，其中，柔性直流电网等效复频域模型包括换流器等效复频域模型、架空线路等效复频域模型和混合式直流断路器等效复频域模型；其中，换流器复频域模型等效为RLC串联复频域模型，架空线路复频域模型等效为RL串联复频域模型，混合式直流断路器等效复频域模型分时段依次等效为电阻模型和恒压源模型。建立表征带金属回线柔性直流电网故障网络的基本割集矩阵Qf，确定带金属回线柔性直流电网故障网络对应的连通图G，确定连通图G的一个树T和有向图，依据树T与有向图确定基本割集Ck及其方向；设基本割集矩阵每一行对应于一个基本割集Ck，每一列对应于一条支路bj，则其元素qkj为：采用式(1)计算柔性直流电网线路短路故障电流频域量Ib(s)；Ib(s)＝Yb(s)Ub(s)+Yb(s)Us(s)-Is(s)(1)其中，Ib(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域支路电流列向量，Ub(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域支路电压列向量，Yb(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路导纳矩阵，Is(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电流源列向量，Us(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电压源列向量；S代表复频域量。以树支电压Ut(s)为网络变量，建立混合式直流断路器开断前的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，其特征在于，包括：/n建立柔性直流电网等效复频域模型，/n建立表征带金属回线柔性直流电网故障网络的基本割集矩阵Q

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，其特征在于，包括：
建立柔性直流电网等效复频域模型，
建立表征带金属回线柔性直流电网故障网络的基本割集矩阵Qf，
确定带金属回线柔性直流电网故障网络对应的连通图，确定连通图的树和有向图，依据树与有向图确定基本割集Ck及其方向；
设基本割集矩阵每一行对应于一个基本割集Ck，每一列对应于一条支路bj，则其元素qkj为：



采用式(1)计算柔性直流电网线路短路故障电流频域量Ib(s)；
Ib(s)＝Yb(s)Ub(s)+Yb(s)Us(s)-Is(s)(1)
其中，Ub(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域支路电压列向量，Yb(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路导纳矩阵，Is(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电流源列向量，Us(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的支路电压源列向量。


2.根据权利要求1所述的柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，其特征在于，柔性直流电网等效复频域模型包括换流器等效复频域模型、架空线路等效复频域模型和混合式直流断路器等效复频域模型；其中，换流器复频域模型等效为RLC串联复频域模型，架空线路复频域模型等效为RL串联复频域模型，混合式直流断路器等效复频域模型分时段依次等效为电阻模型和恒压源模型。


3.根据权利要求2所述的带金属回线的柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，其特征在于，采用式二(2)计算复频域支路电压列向量Ub(s)：



其中，Ut(s)为带金属回线柔性直流电网故障网络的复频域树支电压列向量。


4.根据权利要求3所述的柔性直流电网线路短路故障电流计算方法，其特征在于，采用式三(3)计算支路电压源列向量Us(s)：
Us＝Lbidc(ti)...

【专利技术属性】
技术研发人员：司马文霞，杨鸣，付峥争，袁涛，孙魄韬，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50