一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法

【技术实现步骤摘要】
一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法


[0001]本专利技术涉及了一种电流的快速估计及抑制方法，涉及直流动态特性分析
，具体涉及一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法
。

技术介绍

[0002]传统电网换相直流输电
(line
‑
commutated converter HVDC
，
LCC
‑
HVDC)
具有输电容量大，传输距离远损耗低等的特点，被广泛用于跨区域电网输电
。
同时依靠其异步互联以及灵活的功率调节能力，直流输电也常被用于新能源并网外送
。
换相失败是直流常见故障，危害电网安全运行，已受到持续大量的关注
。
当前换相失败相关研究主要关注换相失败预防与抑制以及换相失败引发的过电压等，而对换相失败期间直流过电流方面的研究较少
。
[0003]换相失败期间，由于逆变侧直流电压大幅跌落，直流电流快速上升，直流过电流达到正常运行时2～3倍
。
过高的电流将引起阀过热，危害设备安全
。
严重的过电流也可能导致混合级联直流系统中换流站的过流闭锁
。
当逆变侧交流系统近端短路引发换相失败时，逆变侧直流电压降为0，类似直流线路短路，过电流将对换流站造成冲击，是系统参数设计与保护整定的参考依据
。
换相失败期间过大的直流电流的同样不利于换相失败的恢复
。
从电网运行层面，直流消耗无功与直流电流关系紧密，过电流将产生大量无功消耗，引发送端系统的电压跌落
。
随着大量新能源接入送端电网，送端电压过低将危害新能源机组的正常运行，对新能源低压穿越能力提出挑战
。
当送端电网无功支撑能力不足以支撑换相失败过电流产生的无功消耗时，可能引发送端电压无解失稳问题，制约直流传输功率与新能源消纳能力
。
基于上述原因，分析换相失败期间直流电流这一关键特征量具有重要意义
。
[0004]目前对于实际电网中直流电流的计算，由于交直流系统是复杂的高阶微分代数系统
。
换流母线电压作为代数量受交直流系统元件动态共同决定，又通过直流电压进一步影响直流电流动态
。
直流与交流系统通过节点电压形成的复杂耦合关系使得在大电网中对换相失败过电流进行准确定性与定量分析变得困难
。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法，通过建立交直流系统模型，利用奇异摄动理论，将系统分为快慢子系统，说明换相失败期间的交直流快系统模型可准确描述过电流动态，并给出忽略系统测量环节的简化二阶快系统模型，并结合换流母线电压与直流电流关系获得代数解耦的快系统模型，在其基础上，提出考虑低压限流环节的过电流峰值快速估计方法，同时结合相图从动
、
静态参数方面分析了过电流的影响因素，从而说明有效抑制动态上升过电流的方法
。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术的分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法，包括：
[0008]S1、
在交直流电网中直流发生换相失败期间，建立交直流电网的直流过电流估计模型，将直流状态量初值输入直流过电流估计模型中，直流过电流估计模型输出直流过电
流最大值初步估计值
。
[0009]S2、
建立直流过电流补偿估计模型，将直流过电流最大值初步估计值输入直流过电流补偿估计模型中，直流过电流补偿估计模型输出最终的直流过电流补偿最大值估计值，实现直流过电流的快速估计
。
[0010]S3、
当直流过电流补偿最大值估计值不高于预设电流阈值，则不进行过电流抑制，当直流过电流补偿最大值估计值高于预设电流阈值，则使用二阶系统相图分析方法对交直流电网的直流过电流进行抑制，实现直流过电流的抑制
。
[0011]在利用过电流估算方法快速估算出考虑低压限流环节的解耦后快系统电流峰值后，利用二阶系统相图分析说明定电流控制比例系数和积分时间常数
、
电网强度对过电流的影响，从而在高过电流时进行调节以抑制电流峰值
。
[0012]所述的步骤
S1
中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018]其中，为故障时间
t
max
时的直流过电流最大值初步估计值，故障时间
t
max
时解耦快系统电流达最大值；为直流过电流估计值的初始值；为直流电流快分量，
τ
为快时标，其为正常时标
t
放大了
1/
ε
倍，为直流过电流估计值微分量；为故障时间
t
max
时的电流
PI
控制器状态量估计值，为电流
PI
控制器状态量估计值的初始值，为电流
PI
控制器状态量，为电流
PI
控制器状态量微分量；
f
Idc
()
为电流导数右端函数，当电流到达最大值时，电流关于时间导数为0；
L
′
d
为在快时标下归一处理的直流电抗；
k
R
为换流变变比；
V
DCR
为换流母线电压；
α
为触发角；
R
d
为直流电阻；
X
cR
为换流变等值电抗；
I
dc0
为直流过电流整定值的初始值；为电流
PI
控制器状态量估计值，为电流
PI
控制器状态量微分量；
T
′
IdR
为时间常数在快时标下归一处理的定电流控制积分常数
。
[0019]直流状态量初值包括为直流过电流估计值的初始值和电流
PI
控制器状态量估计值的初始值
[0020]针对交直流电网中直流发生换相失败期间引发的直流过电流问题，首先揭示了故障期间系统响应速度明显的快慢差异体现出交直流系统固有的双时标特性，基于此利用奇异摄动理论对交直流系统进行降解解耦，建立了分析过电流动态的二阶快系统模型
。
利用奇异摄动理论，结合交直流电网换相失败期间过电流的双时标特性，将直流状态量直流电
流
I
dc
、
直流电流测量值
I
dcmes
、
逆变侧直流电压测量值
V
dcImes
、
定电流
PI
控制状态量
x
Id
划分为快状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法，其特征在于，包括：
S1、
在交直流电网中直流发生换相失败期间，建立交直流电网的直流过电流估计模型，将直流状态量初值输入直流过电流估计模型中，直流过电流估计模型输出直流过电流最大值初步估计值；
S2、
建立直流过电流补偿估计模型，将直流过电流最大值初步估计值输入直流过电流补偿估计模型中，直流过电流补偿估计模型输出最终的直流过电流补偿最大值估计值，实现直流过电流的快速估计；
S3、
当直流过电流补偿最大值估计值不高于预设电流阈值，则不进行过电流抑制，当直流过电流补偿最大值估计值高于预设电流阈值，则使用二阶系统相图分析方法对交直流电网的直流过电流进行抑制，实现直流过电流的抑制
。2.
根据权利要求1所述的分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法，其特征在于：所述的步骤
S1
中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：中，交直流电网的直流过电流初步估计模型具体如下：其中，为故障时间
t
max
时的直流过电流最大值初步估计值，为直流过电流估计值的初始值；为直流电流快分量，
τ
为快时标，
/d
τ
为直流过电流估计值微分量；为故障时间
t
max
时的电流
PI
控制器状态量估计值，为电流
PI
控制器状态量估计值的初始值，为电流
PI
控制器状态量，
/d
τ
为电流
PI
控制器状态量微分量；
f
Idc
()
为电流导数右端函数；
L
′
d
为在快时标下归一处理的直流电抗；
k
R
为换流变变比；
V
DCR
为换流母线电压；
α
为触发角；
R
d
为直流电阻；
X
cR
为换流变等值电抗；
I
dc0
为直流过电流整定值的初始值；为电流
PI
控制器状态量估计值，
/d
τ
为电流
PI
控制器状态量微分量；
T
′
IdR
为时间常数在快时标下归一处理的定电流控制积分常数；直流状态量初值包括为直流过电流估计值的初始值和电流
PI
控制器状态量估计值的初始值
3.
根据权利要求2所述的分析换相失败期间直流过电流的快速估计及抑制方法，其特征在于：所述的换流母线电压
V
DCR
具体如下：
其中，
E
eq
为等效交流电压源；
θ
E
、
θ
V
和
θ
Z
分别为交流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方若水，廖圣文，李振垚，甘德强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：