一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法和系统，其中本发明专利技术的方法包括在直流配电网中的全桥MMC换流站节点处、半桥MMC换流站节点处和直流变压器节点处配置配置限流电抗器，半桥MMC换流站节点处还配置超导限流器，直流变压器节点处还配置电容分离开关；还包括在半桥MMC换流站节点处配置直流断路器，各设备的参数由换流站参数和线路参数确定；根据各设备和短路电流水平的成本函数求取同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，从而确定直流配电网的一次回路配置。本发明专利技术通过对配电网不同节点处配置相应的限流设备，考虑了对各种限流设备的差异化需求且优化了一次回路设备配置，使其满足直流配电网建设运行的经济性与安全性。网建设运行的经济性与安全性。网建设运行的经济性与安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法和系统


[0001]本专利技术属于直流配电网
，具体涉及一种抑制直流配电网故障电 流的一次回路配置方法和系统。

技术介绍

[0002]直流配电网相比交流配电网，可实现分布式新能源、直流负荷、变频负 荷的高效、灵活接入，显著提升配电侧运行控制的灵活性。相比交流电网故 障，直流配电网阻尼小，故障电流上升速度快，并且由于直流无自然过零点， 对直流配电网的保护技术提出了较高要求。
[0003]为抑制直流配电网故障电流的快速上升，保障直流配电网关键设备的安 全性，增加故障回路的电抗值和电阻值是必要手段。目前对于直流配电网故 障电流抑制的一次回路配置，主要局限于限流电抗器和超导限流器的限流作 用，一方面未考虑全桥MMC(模块化多电平换流器)、半桥MMC、直流变 压器对限流一次设备的需求差异性，另一方面未考虑限流设备与直流断路器 的成本整体优化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在解决目前对于直流配电网故障电流抑制的一次回 路配置未考虑全桥MMC(模块化多电平换流器)、半桥MMC、直流变压器 对限流一次设备的需求差异性以及未考虑限流设备与直流断路器的成本整体 优化的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置 方法，适用于包含全桥MMC换流站、半桥MMC换流站和直流变压器的任意 多端直流配电网，包括如下步骤：
[0007]获取直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数；
[0008]基于配置原则对直流配电网拓扑进行一次回路设备配置，配置原则包括 在全桥MMC换流站节点处配置第一限流电抗器，在半桥MMC换流站节点处 配置第二限流电抗器和超导限流器，在直流变压器节点处配置第三限流电抗 器和电容分离开关；还包括在半桥MMC换流站节点处配置直流断路器，其 中各节点处限流电抗器电感值下限、超导限流器失超电阻值下限、电容分离 开关的耐压值以及直流断路器的耐压值根据换流站参数和线路参数确定；
[0009]根据各种设备和短路电流水平的关系确定成本函数，基于成本函数求取 同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，根据最优短路电流水平 确定直流配电网的一次回路配置。
[0010]进一步地，第一限流电抗器电感值下限根据如下公式确定：
[0011][0012]式中，τ1为MMC电容放电电流衰减时间常数，U
dc
为故障前直流电压，C0为子模块电容值，n为桥臂子模块数量，L
bridge
为桥臂电抗器电感值，L
r
为限 流电抗器电感值，ω为放电电流震荡角频率，I0为故障前瞬间MMC输出直流 电流，I
c_MMC
为全桥MMC换流站闭锁前短路故障电流，I
max1
为闭锁前故障电 流允许上限。
[0013]进一步地，超导限流器失超电阻值下限根据如下公式确定：
[0014][0015]式中，I
0_MMC
为半桥MMC换流站闭锁时刻桥臂电流，L
bridge
为桥臂电感， R
L
为放电回路电阻值，R
SR
为超导限流器失超电阻，I
MMC_bridge
为半桥MMC换流 站桥臂续流电流，I
max2
为直流断路器最大开断电流。
[0016]进一步地，第三限流电抗器电感值下限根据如下公式确定：
[0017][0018]式中，τ2为直流变压器电容放电电流衰减时间常熟，U
dc
为故障前直流电 压，ω
d
为直流变压器电容放电电流震荡角频率，L
s
为放电回路等效电感值，L
r
为限流电抗器电感值，i
c_DCT
为直流变压器电容放电电流，t1为换流器闭锁 时刻，I
max3
为阻断电流前故障电流允许上限。
[0019]进一步地，根据各种设备和短路电流水平的关系确定成本函数，基于成 本函数求取同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，具体包括：
[0020]分别建立限流设备和直流断路器与短路电流水平的成本函数，记为f(I
k
) 和g(I
k
)，其中f(
·
)为限流设备成本，g(
·
)为直流断路器成本，I
k
为短路电流水 平，限流设备包括限流电抗器和超导限流器；
[0021]求取I
k0
，使得f
′
(I
k0
)+g
′
(I
k0
)＝0，其中f
′
(
·
)和g
′
(
·
)为设备成本对短路电流水 平求导，I
k0
为同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置 系统，适用于包含全桥MMC换流站、半桥MMC换流站和直流变压器的任意 多端直流配电网，包括：
[0023]参数获取单元，用于获取直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数；
[0024]设备配置单元，用于基于配置原则对直流配电网拓扑进行一次回路设备 配置，配置原则包括在全桥MMC换流站节点处配置第一限流电抗器，在半 桥MMC换流站节点处配置第二限流电抗器和超导限流器，在直流变压器节 点处配置第三限流电抗器和电容分离开关；还包括在半桥MMC换流站节点 处配置直流断路器，其中各节点处限流电抗器电感值下
限、超导限流器失超 电阻值下限、电容分离开关的耐压值以及直流断路器的耐压值根据换流站参 数和线路参数确定；
[0025]配置优化单元，用于根据各种设备和短路电流水平的关系确定成本函数， 基于成本函数求取同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，根据 最优短路电流水平确定直流配电网的一次回路配置。
[0026]进一步地，第一限流电抗器电感值下限根据如下公式确定：
[0027][0028]式中，τ1为MMC电容放电电流衰减时间常数，U
dc
为故障前直流电压，C0为子模块电容值，n为桥臂子模块数量，L
bridge
为桥臂电抗器电感值，L
r
为限 流电抗器电感值，ω为放电电流震荡角频率，I0为故障前瞬间MMC输出直流 电流，I
c_MMC
为全桥MMC换流站闭锁前短路故障电流，I
max1
为闭锁前故障电 流允许上限。
[0029]进一步地，超导限流器失超电阻值下限根据如下公式确定：
[0030][0031]式中，I
0_MMC
为半桥MMC换流站闭锁时刻桥臂电流，L
bridge...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法，其特征在于，适用于包含全桥MMC换流站、半桥MMC换流站和直流变压器的任意多端直流配电网，包括如下步骤：获取直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数；基于配置原则对所述直流配电网拓扑进行一次回路设备配置，所述配置原则包括在所述全桥MMC换流站节点处配置第一限流电抗器，在所述半桥MMC换流站节点处配置第二限流电抗器和超导限流器，在直流变压器节点处配置第三限流电抗器和电容分离开关；还包括在所述半桥MMC换流站节点处配置直流断路器，其中各节点处限流电抗器电感值下限、所述超导限流器失超电阻值下限、所述电容分离开关的耐压值以及所述直流断路器的耐压值根据所述换流站参数和线路参数确定；根据各种设备和短路电流水平的关系确定成本函数，基于所述成本函数求取同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，根据所述最优短路电流水平确定所述直流配电网的一次回路配置。2.根据权利要求1所述的抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法，其特征在于，所述第一限流电抗器电感值下限根据如下公式确定：式中，τ1为MMC电容放电电流衰减时间常数，U
dc
为故障前直流电压，C0为子模块电容值，n为桥臂子模块数量，L
bridge
为桥臂电抗器电感值，L
r
为限流电抗器电感值，ω为放电电流震荡角频率，I0为故障前瞬间MMC输出直流电流，I
c_MMC
为全桥MMC换流站闭锁前短路故障电流，I
max1
为闭锁前故障电流允许上限。3.根据权利要求1所述的抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法，其特征在于，所述超导限流器失超电阻值下限根据如下公式确定：式中，I
0_MMC
为半桥MMC换流站闭锁时刻桥臂电流，L
bridge
为桥臂电感，R
L
为放电回路电阻值，R
SR
为超导限流器失超电阻，I
MMC_bridge
为半桥MMC换流站桥臂续流电流，I
max2
为直流断路器最大开断电流。4.根据权利要求1所述的抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法，其特征在于，所述第三限流电抗器电感值下限根据如下公式确定：式中，τ2为直流变压器电容放电电流衰减时间常熟，U
dc
为故障前直流电压，ω
d
为直流变压器电容放电电流震荡角频率，L
s
为放电回路等效电感值，L
r
为限流电抗器电感值，i
c_DCT
为
直流变压器电容放电电流，t1为换流器闭锁时刻，I
max3
为阻断电流前故障电流允许上限。5.根据权利要求1所述的抑制直流配电网故障电流的一次回路配置方法，其特征在于，根据各种设备和短路电流水平的关系确定成本函数，基于所述成本函数求取同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平，具体包括：分别建立限流设备和所述直流断路器与所述短路电流水平的成本函数，记为f(I
k
)和g(I
k
)，其中f(
·
)为所述限流设备成本，g(
·
)为所述直流断路器成本，I
k
为短路电流水平，所述限流设备包括限流电抗器和超导限流器；求取I
k0
，使得f
′
(I
k0
)+g
′
(I
k0
)＝0，其中f
′
(
·
)和g
′
(
·
)为设备成本对短路电流水平求导，所述I
k0
为同时满足经济性与安全性要求的最优短路电流水平。6.一种抑制直流配电网故障电流的一次回...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐雄，陈建福，唐捷，陈勇，李振聪，裴星宇，程旭，李建标，吴宏远，曹健，许育炼，喻松涛，韦甜柳，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：