混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法技术方案

一种混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法，属于高压直流输电技术领域。本发明专利技术首先基于混合级联型高压直流输电系统准稳态模型提出了考虑混合级联系统直流控制特性的交互作用因子计算方法，然后基于交互因子建立了考虑MMC电气特性的混合级联系统逆变侧等值模型，最后根据等值模型提出了基于电压稳定因子的混合级联系统换相失败抵御能力定量评估方法，并推导了含有效短路比指标的换相失败免疫因子解析表达式，可从理论角度分析交流系统强度对混合级联系统换相失败抵御能力的影响。本发明专利技术不需借助仿真手段即可实现对混合级联直流输电系统换相失败抵御能力的定量评估，兼顾准确性和计算效率，对混合级联多端直流输电工程投运后的安全稳定运行具有重要的理论和工程参考价值。理论和工程参考价值。

【技术实现步骤摘要】
混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法


[0001]本专利技术属于高压直流输电


技术介绍

[0002]基于电网换相换流器的高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current，LCC
‑
HVDC)由于其良好的经济技术优势而被广泛应用于远距离高压直流输电，但交流系统故障导致的LCC换相失败问题一直威胁着我国电网安全稳定运行。模块化多电平换流器型高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current，MMC
‑
HVDC)具有谐波水平低且能够同时控制有功和无功等优势，但成本相对较高。为了整合LCC和MMC的技术经济优势，我国建设了白鹤滩
‑
江苏混合级联高压直流输电(hybrid cascaded high voltage direct current，HC
‑
HVDC)系统，整流站由2组LCC换流器串联组成，逆变站由高压阀组LCC与低压阀组MMC并联组(MMCB)串联组成，具有以下优势：直流故障下的MMC放电通路被具有强制移相和单向导电性的LCC换流器阻断，系统从而具备直流故障穿越能力；逆变侧LCC与MMC并联组形成的多端形式，具备多落点受电能力与动态无功支持能力，运行方式更为灵活。已有研究表明，HC
‑
HVDC系统中受端交流系统故障同样可能导致LCC换流器发生换相失败，严重时甚至会发生后续换相失败，系统的安全稳定运行受到了严重威胁。因而，研究HC
‑
HVDC系统换相失败抵御能力的定量评估方法，对白鹤滩
‑
江苏混合级联多端直流输电工程投运后的安全稳定运行具有重要的理论和工程参考价值。
[0003]目前，关于高压直流输电系统换相失败抵御能力的研究主要集中在LCC
‑
HVDC系统、多馈入直流输电系统(multi
‑
infeed high voltage direct current，MIDC)系统和混合多馈入直流输电系统(hybrid multi
‑
infeed high voltage direct current，HMIDC)中，缺乏对HC
‑
HVDC系统换相失败抵御能力的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是推导了含有效短路比指标的换相失败免疫因子解析表达式，为混合级联系统换相失败抵御能力的研究提供重要参考依据的混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法。
[0005]本专利技术的步骤是：S1、考虑混合级联系统直流控制特性的交互作用因子的方法：式中：和换流母线节点j和i电压变化向量；Z
eq
是原交流系统节点导纳矩阵
Y经过直流附加等值运行导纳矩阵Y
Δ
修正后求逆得到的等值节点阻抗矩阵，修正公式为Z
eq
＝(Y
‑
Y
Δ
)
‑1；Y
Δ
是以LCC直流附加等值运行导纳Y
Δ
‑
LCC
和MMC直流附加等值运行导纳Y
Δ
‑
MMC
为主对角元素的矩阵；表1混合级联直流输电系统不同控制方式编号对于逆变侧LCC换流器，式(2)为系统控制方式(1,5)、(2,5)、(1,6)和(2,6)下的直流附加等值运行导纳公式，式(3)为系统控制方式(3,5)和(3,6)下的直流附加等值运行导纳公式，式(4)为系统控制方式(4,5)和(4,6)下的直流附加等值运行导纳公式：式(4)为系统控制方式(4,5)和(4,6)下的直流附加等值运行导纳公式：式(4)为系统控制方式(4,5)和(4,6)下的直流附加等值运行导纳公式：式(2)—(4)中的相关参数如下：式(2)—(4)中的相关参数如下：式(2)—(4)中的相关参数如下：式(2)—(4)中的相关参数如下：式(2)—(4)中的相关参数如下：c＝P
dcr
(10)；对于逆变侧任意一台MMC换流器，式(11)为系统控制方式(1,5)和(3,5)下的MMC换流器直流附加等值运行导纳公式，式(12)为系统控制方式(2,5)下的MMC换流器直流附加等
值运行导纳公式，式(13)为系统控制方式(4,5)下的MMC换流器直流附加等值运行导纳公式，当MMC换流器控制方式为定有功功率和无功功率，其直流附加等值运行导纳公式如式(14)所示：(14)所示：(14)所示：(14)所示：根据换流器类型直接计算出相应的直流附加等值运行导纳，进而得到混合级联系统直流附加等值运行导纳矩阵Y
Δ
，再根据公式(1)即可计算混合级联系统交互作用因子；S2、对各换流器交流侧和直流侧间的相互作用分别进行解耦和等效，并建立混合级联直流输电系统逆变侧等值分析模型：首先对各换流器交流侧之间的相互作用进行解耦和等效；LCC换流器交流母线处电流和电压满足以下方程：式中：和分别表示逆变侧LCC换流器交流母线电压和注入电流列向量，和分别表示来自直流线路和交流系统注入换流器交流母线的电流列向量，是n+1维换流器交流母线节点导纳矩阵；LCC换流器交流母线处的公式为式中：表示从直流线路注入LCC换流器交流母线的功率；假设逆变侧LCC换流器交流母线处由于受到小扰动而产生有功功率增量ΔP0，由于保持不变，使得故由ΔP0引起的为：式中：是中的第j个元素，D＝{0,1,2,...,n}是所有换流器编号的集合；在LCC换流器的任何控制方式下满足由公式(17)除以得到
式中：为LCC换流器不考虑交流侧各换流器间相互作用的原始自导纳；代表编号为j的MMC换流器与LCC换流器电压交互作用程度；由公式(1)可知的表达式为将式(19)代入式(18)中，得到式中：看作是逆变侧LCC换流器交流母线处的戴维南等效导纳，表示为看作是逆变侧LCC换流器交流母线处的戴维南等效导纳，表示为为虚拟附加导纳，后面用表示，其物理含义为所有MMC换流器通过交流联络线对所研究的LCC换流器交流侧的总体影响；公式(20)进一步表示为LCC换流器交流母线处的自导纳与其它MMC换流器交流母线之间的互导纳具有相反的相位，故公式(21)中的改写为：根据上式得到等效导纳幅值Y
eqo
的表达式为Y
eq0
＝Y
00
‑
Y
vir
(23)根据公式(23)中Y
vir
的大小即可量化所有MMC换流器通过交流联络线对LCC换流器交流侧的总体影响；通过以上对各换流器直流侧和交流侧之间相互作用的解耦和等效，即得到混合级联直流输电系统逆变侧等值模型；S3、对混合级联系统换相失败抵御能力的定量评估采用换相失败免疫因子指标对逆变侧LCC换相失败抵御能力进行评估；CFII的定义为式中：P
dN
是直流额定功率；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合级联直流输电系统换相失败抵御能力评估方法，其特征在于：其步骤是：S1、考虑混合级联系统直流控制特性的交互作用因子的方法：（1）式中：和换流母线节点j和i电压变化向量；Z
eq
是原交流系统节点导纳矩阵Y经过直流附加等值运行导纳矩阵Y
Δ
修正后求逆得到的等值节点阻抗矩阵，修正公式为Z
eq
=(Y
‑
Y
Δ
)
‑1；Y
Δ
是以LCC直流附加等值运行导纳Y
Δ
‑
LCC
和MMC直流附加等值运行导纳Y
Δ
‑
MMC
为主对角元素的矩阵；表1 混合级联直流输电系统不同控制方式编号；对于逆变侧LCC换流器，式(2)为系统控制方式(1,5)、(2,5)、(1,6)和(2,6)下的直流附加等值运行导纳公式，式(3)为系统控制方式(3,5)和(3,6)下的直流附加等值运行导纳公式，式(4)为系统控制方式(4,5)和(4,6)下的直流附加等值运行导纳公式：（2）（3）（4）式(2)—(4)中的相关参数如下：（5）（6）
（7）（8）（9）（10）对于逆变侧任意一台MMC换流器，式(11)为系统控制方式(1,5)和(3,5)下的MMC换流器直流附加等值运行导纳公式，式(12)为系统控制方式(2,5)下的MMC换流器直流附加等值运行导纳公式，式(13)为系统控制方式(4,5)下的MMC换流器直流附加等值运行导纳公式，当MMC换流器控制方式为定有功功率和无功功率，其直流附加等值运行导纳公式如式(14)所示：（11）（12）（13）（14）根据换流器类型直接计算出相应的直流附加等值运行导纳，进而得到混合级联系统直流附加等值运行导纳矩阵Y
Δ
，再根据公式(1)即可计算混合级联系统交互作用因子；S2、对各换流器交流侧和直流侧间的相互作用分别进行解耦和等效，并建立混合级联直流输电系统逆变侧等值分析模型：首先对各换流器交流侧之间的相互作用进行解耦和等效；LCC换流器交流母线处电流和电压满足以下方程：（15）式中：和分别表示逆变侧LCC换流器交流母线电压和注入电流列向量，和分别表示来自直流线路和交流系统注入换流器交流母线的电流列向量，是n+1维换流器交流母线节点导纳矩阵；LCC换流器交流母线处的公式为
（16）式中：表示从直流线路注入LCC换流器交流母线的功率；假设逆变侧LCC换流器交流母线处由于受到小扰动而产生有功功率增量ΔP0，由于保持不变，使得，故由ΔP0引起的为：（17）式中：是中的第j个元素，D={0,1,2,...,n}是所有换流器编号的集合；在LCC换流器的任何控制方式下满足，由公式(17)除以得到（18）式中：为LCC换流器不考虑交流侧各换流器间相互作用的原始自导纳；代表编号为j的MMC换流器与LCC换流器电压交互作用程度；由公式(1)可知的表达式为（19）将式(19)代入式...

【专利技术属性】
技术研发人员：边竞，王鹤，付禹铭，李国庆，王振浩，辛业春，潘禹含，王朝斌，江守其，成龙，王威儒，王延旭，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：