[发明专利]一种柔性直流电网限流电抗器的优化配置方法

说明书

本发明涉及柔性直流电网技术领域，旨在提供一种柔性直流电网限流电抗器的优化配置方法。包括：将柔性直流电网进行保护分区，建立单个保护分区的故障近似解析模型，求解每台直流断路器的最大开断电流和各个限流电抗器取值之间的函数表达式；选取直流断路器最大开断电流的优化目标，并选取限流电抗器的合理取值范围；然后求解单个保护分区内满足需求的优化取值集合；结合限流电抗器的总取值上限和直流断路器总开断容量，从各个保护分区中的优化取值集合中选取整体最优配置方案。本发明在保证限流电抗器总取值不超过上限的前提下，选择使直流断路器总容量最小的配置方案作为最优配置方案，能在提高柔直电网运行可靠性的同时，降低保护设备成本。

技术领域

本发明涉及柔性直流电网技术领域，具体涉及柔直电网中限流电抗器的优化配置方法。

背景技术

模块化多电平换流器MMC凭借谐波含量少、开关频率低、可靠性高等优势已经在柔性直流工程中广泛应用，随着柔性直流输电技术的不断成熟，构建柔性直流电网已经逐渐成为当前电力工业界新的发展方向。然而柔性直流电网具有低阻尼特性，导致直流故障发展速度快、波及范围广，严重威胁系统的安全可靠运行。保证柔性直流电网在故障下的生存能力，是当前的一个关键技术难点。

为了保证柔性直流电网在故障发生后仍具备功率送出能力，应在线路两侧配置直流断路器；当故障发生时切除故障线路，电网非故障部分可维持正常运行。然而该方案会导致直流断路器开断容量过大，成本过高，对构建柔性直流电网造成了较大的经济压力。为了抑制故障电流，降低直流断路器成本，当前柔性直流电网工程在输电线路两侧配置一定的限流电抗器，抑制故障电流。

然而在现有工程中，所配置限流电抗器并未考虑MMC换流站、输电线路等不同参数，而是采用简单的平均分配；这导致柔性直流电网中的全局限流效果并未达到最优，因此直流断路器总成本仍有优化空间。而目前关于柔性直流电网中限流电抗器的优化配置缺少可靠、有效的理论方法。仅靠基于电磁暂态仿真进行优化配置需要花费大量时间，效率过低，无法保证得到全局最优结果。因此，考虑到未来构建多端直流电网的需求，研究限流电抗器的优化配置策略具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种柔性直流电网限流电抗器的优化配置方法。

为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：

提供一种柔性直流电网限流电抗器的优化配置方法，包括：

(1)根据换流站和输电线路空间位置，将柔性直流电网进行保护分区；每个保护分区包含单个换流站、若干个限流电抗器和直流断路器，其中限流电抗器和直流断路器的数量与该换流站所连输电线路数量相同；

(2)建立单个保护分区的故障近似解析模型，求解该分区内每台直流断路器的最大开断电流和各个限流电抗器取值之间的函数表达式；

(3)根据直流断路器所使用的IGBT通流能力，选取直流断路器最大开断电流的优化目标，并选取限流电抗器的合理取值范围；然后基于各直流断路器最大开断电流和各限流电抗之间的函数表达式，求解单个保护分区内满足需求的多个限流电抗器优化取值集合；

(4)结合柔性直流电网中限流电抗器的总取值上限和直流断路器总开断容量，从各个保护分区中的优化取值集合中选取柔直电网整体最优配置方案。

发明原理描述：

在本发明所建立的单个保护分区的故障近似解析模型中，分区内换流站等效为二阶放电电路，由等效电容、等效电感和等效电阻串联构成，分区外换流站等效为电压源串联电感模型，由于输电线路阻抗主要为电抗，因此用等效电抗代替，分区外限流电抗器取值视为定值，并基于该模型求解单个分区内每台直流断路器开断电流与分区内限流电抗器的解析数学表达式。