[发明专利]一种换流设备双极短路故障变量特性分析方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及柔性换流设备保护与控制技术领域，具体涉及一种换流设备双极短路故障变量特性分析方法及系统。

背景技术

传统的化石能源在满足人们消费的同时也带来了环境污染等诸多严重问题，因而发展可再生清洁能源技术迫在眉睫，由于清洁能源大多呈现出直流性质，将这些清洁能源并入交流电网需通过电力电子设备进行电能形式的转换。柔性换流设备就是实现交直流电能形式转换与能量传输的新型电力装备。在电网中接入柔性换流设备后，可大大增强电力系统的可控性，使电力系统的调度更加灵活，提高了系统包括电能质量在内的诸多运行性能。

然而由于柔性换流设备内部含有大量电力电子元件，其对短路电流的耐受能力有限，尤其是当柔性换流设备直流侧发生双极短路故障时，后果往往较为严重，短路电流将通过柔性换流设备内部与故障点形成能量馈送通路，使柔性换流设备承受较大的电气应力，甚至损坏其内部昂贵的电力电子器件，因而研究柔性换流设备在双极短路故障条件下的受控电流特征对于今后保护设计工作具有重要意义。此外，由于换流器内部含有大量电力电子器件，系统还将表现出较强的非线性特征。

目前已有双极短路故障的研究均以故障后柔性换流设备脉冲闭锁为基础，近似认为短路电流以直流侧电容放电电流为主，并仅以故障后直流侧故障电流的大小为依据对故障进行分析，这样便使得故障分析与实际情况有所差异、不够全面准确。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的双极短路故障分析不够全面准确的缺陷。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明第一方面，提供一种换流设备双极短路故障变量特性分析方法，包括如下步骤：获取换流设备发生双极短路故障时交流侧和直流侧的状态变量，根据所述状态变量建立状态方程；根据所述状态方程进行故障变量特性分析。

可选地，在所述获取换流设备发生双极短路故障时交流侧和直流侧的状态变量，根据所述状态变量建立状态方程的步骤中，包括：根据发生双极短路故障的换流设备的设备结构建立系统模型；根据所述系统模型获取所述换流设备发生双极短路故障时的电路模型，并根据所述电路模型获取简化等效电路；根据所述简化等效电路获取状态变量，所述状态变量包括所述交流侧和直流侧的状态变量；根据所述状态变量获取状态变量向量、系统矩阵、输入矩阵、以及输入电压向量；根据所述状态变量向量、系统矩阵、输入矩阵以及输入电压向量获取状态方程。

可选地，所述状态变量包括交流侧三相线路的相电流i_a、i_b、i_c、直流侧线路短路电流i_d、以及直流侧电容残压u_c。

可选地，所述状态方程为所述状态变量的微分方程。

可选地，通过如下公式建立所述微分方程：

其中，A为所述系统矩阵，x为所述状态变量构成的所述状态变量向量，B为所述输入矩阵，u为所述输入电压向量，为所述状态变量向量的微分向量。

可选地，通过如下公式建立所述状态变量向量，

x＝(i_a i_b i_c u_c i_d)^T

其中，i_a为所述交流侧三相线路的相电流中的A相相电流，i_b为所述交流侧三相线路的相电流中的B相相电流，i_c为所述交流侧三相线路的相电流中的C相相电流，u_c为所述直流侧电容残压，i_d为所述直流线路短路电流；

通过如下公式建立所述系统矩阵，

其中，R_C为交流侧总电阻，包括交流系统和连接电抗器的电阻；L_C为交流侧总电抗，包括交流系统和连接电抗器的电抗；S_a、S_b、S_c分别为开关函数中的A相开关、B相开关和C相开关；S_ao、S_bo、S_co分别为由控制决定的开关函数中的A相控制开关、B相控制开关和C相控制开关；C为直流侧滤波电容，L为直流侧线路电感，R为直流侧线路电阻与故障过渡电阻之和；

通过如下公式建立所述输入矩阵，