[发明专利]一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法

说明书

本发明公开了一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法，其充分考虑并分析了短路故障后环网式直流微网变化情况，并给出了准确快速得到故障直流微网节点电压、支路电流的方法；本发明采用并改进了运行速度快、解集的收敛性好的NSGA‑II算法进行断路器与故障限流器优化配置分析，实用性强；本发明以断路器分断能力、故障限流器电感值两个经济性指标为目标函数，以能够可靠分断支路这个可靠性指标为约束条件，得出的优化配置方案同时具有较好的经济性与可靠性。

技术领域

本发明属于直流配用电技术领域，具体涉及一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法。

背景技术

近年来全球能源环境问题日益突出，以风能、太阳能等清洁可再生能源为代表的分布式能源成为解决能源环境问题的重要途径。在分布式能源的并网中，国内外学者提出了微网的概念，微网以电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)作为与大电网、分布式能源间能量交互的接口，通过协调控制等方法实现分布式能源的统一管理，提高分布式能源整体供电质量。

微网分为交流微网与直流微网；相较于交流微网，直流微网在分布式可再生能源接入中有更多优势：首先，风机、光伏等分布式能源接入直流微网可以省去并网中的DC/AC变换环节，减少了电压源型变流器的使用并提升能量转换效率；其次，直流微网中不存在无功功率，仅需调节直流微网中节点电压幅值便能实现功率的调节；此外，直流输电仅需两条输电线路，花费更少。直流微网的优势使得其在分布式能源接入中得到了更多的应用。直流微网容量的增大引起直流微网短路故障发生时短路电流增加，有些情况下甚至超出了现有直流断路器的最大分断能力。为了可靠的切断故障支路，保护直流微网中其他设备安全，在使用断路器分断故障线路前可先使用故障限流器限制故障电流增加的速度，降低故障保护中对断路器分断电流能力的需求。

放射式直流微网结构简单且易于对分布式能源进行控制与保护，因而在早期分布式能源并网中应用广泛。随着直流微网容量不断增大，以“未来可再生电力能源传输与管理系统”为代表的环网式直流微网因具有功率多向流动、设备并网灵活、离/并网灵活切换运行、供电效率高等优点逐步替代放射式直流微网，更多的应用于当前分布式能源并网中。放射式直流微网中节点数、支路数少且不同线路上断路器、故障限流器不存在耦合关系，每条支路上断路器与故障限流器配置可以单独分析。与放射式结构相比，环网式结构节点数、支路数更多，每条支路之间的耦合程度更深，难以像放射式结构一样解耦分析每条支路的故障保护。

因此，提出准确快速的环网式直流微网中断路器与故障限流器优化配置方法，对弥补当前环网式直流微网中断路器与故障限流器优化配置研究的不足，保护短路故障发生后环网式直流微网，确保大容量分布式能源顺利并网具有重要意义。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法，以解决环网式直流微网中支路之间相互耦合下断路器与故障限流器的优化配置问题。

一种环网式直流微网中断路器与故障限流器的优化配置方法，包括如下步骤：

(1)在系统(即环网式直流微网)的所有输电支路两端均装设断路器和电感型的故障限流器且两者串联；

(2)获取各输电支路的支路电阻，建立系统的节点电导矩阵，进而通过计算稳态工况下的系统潮流，得到稳态工况下系统中各节点电压、各节点与其对应VSC所连线路上的电流以及各输电支路上的电流；

(3)获取各输电支路的支路阻抗，建立系统的节点导纳矩阵，进而通过分析短路故障后系统的暂态过程变化，计算出短路故障后系统在相应断路器分断时刻各输电支路上的电流；

(4)以系统中断路器和故障限流器总成本最低为目标，以潮流功率平衡以及短路故障电流不越限为约束条件，建立系统关于断路器与故障限流器的优化配置模型；