[发明专利]多端柔性直流输电系统的直流侧短路故障电流计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种多端柔性直流输电系统的直流侧短路故障电流计算方法及系统，为了保证系统计算的高效与简洁，以MMC‑MTDC系统在直流侧短路为研究对象，考虑非故障区域与故障区域、各换流站在故障支路的相互影响，本发明针对高阶非线性系统的解耦降维计算，将MMC‑MTDC的非故障区域解耦为多个单端柔性直流输电系统；故障区域解耦为一个两端柔性直流输电系统，以解决当换流站数量增多，微分方程阶数高、时域仿真求解曲线时间陡增，无法求解故障电流解析式的问题。

技术领域

本发明涉及新能源发电与柔性直流输电等输送电技术，具体涉及一种多端柔性直流输电系统的直流侧短路故障电流计算方法及系统。

背景技术

随着电力系统的不断发展，人们对与电能的需求不断增大，基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术在我国大力发展。新能源发电与柔性直流输电的大规模发展使得电网短路电流迅速上升，精确的短路电流计算是直流断路器参数设计的重要依据。然而多端柔性直流输电系统使得电网结构呈现非线性、不连续性等特点，基于传统同步发电机的短路电流计算方法不再适用，因此，研究适用于柔性直流输电系统的短路电流计算方法来应对换流站增加时产生的微分方程阶数高、时域仿真求解时间长等问题具有重要的意义。

目前，在柔性直流输电系统的短路电流计算方法研究当中。大多数针对高阶非线性系统的短路电流计算方法方面的研究均未进行降阶处理来简化计算，由于待研究系统换流站数目较多，系统耦合性强，阶数较高，使得短路电流计算的时间复杂度以及空间复杂度大大提高，计算时间大大增加，因此有必要研究适用于柔性直流输电系统的短路电流计算方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，为了保证系统计算的高效与简洁，以MMC-MTDC系统在直流侧短路为研究对象，考虑非故障区域与故障区域、各换流站在故障支路的相互影响，提出了一种多端柔性直流输电系统的直流侧短路故障电流计算方法及系统，本发明针对高阶非线性系统的解耦降维计算，将MMC-MTDC的非故障区域解耦为多个单端柔性直流输电系统；故障区域解耦为一个两端柔性直流输电系统，以解决当换流站数量增多，微分方程阶数高、时域仿真求解曲线时间陡增，无法求解故障电流解析式的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种多端柔性直流输电系统的直流侧短路故障电流计算方法，包括：

1)将n端的多端柔性直流输电系统中的n个换流站作为n个节点，将每一个n个节点等效为一个纯电容电路、并忽略对地电阻采用RL串联模型，将故障点视为接地的极间短路故障电阻R_f，得到直流侧短路故障模型；

2)将直流侧短路故障模型划分为故障区域与非故障区域，并将n端的多端柔性直流输电系统解耦为非故障区域对应的n-1端柔性直流输电系统、故障区域对应的双端柔性直流输电系统；

3)针对非故障区域对应的n-1端柔性直流输电系统，将作用于同一支路的几个换流站等效为一个换流站独立作用一条支路，从而将其进一步解耦为n-1个独立的低阶单端柔性直流输电系统；针对n-1个独立的低阶单端柔性直流输电系统列写非线性微分方程以及初始条件方程，将非线性微分方程以及初始条件方程进行联立求解，得到接地支路故障电流；针对故障区域对应的双端柔性直流输电系统，直接对故障区域列写状态方程并求解，得到接地支路故障电流。

可选地，步骤1)中得到的直流侧短路故障模型中，n个节点连续编号为1～n，故障点视为一个节点n+1通过极间短路故障电阻R_f接地，任意节点i通过对地电容C_i接地，任意相邻的节点i和j之间连接有线路感抗L_ij和线路阻抗R_ij，且节点n+1位于节点1和节点2之间。

可选地，步骤1)中任意节点i的对地电容C_i由均压法计算得到，其的函数表达式为：

Ci＝(2C_on/N)×3