[发明专利]一种高压直流输电线路单极故障隔离方法

权利要求书

1.一种高压直流输电线路单极故障隔离方法，其特征在于，所述线路单极故障隔离方法包括以下步骤：

步骤一：选取首、末端金属性故障后的整流器、逆变器直流电流和故障电流的特征，确定故障隔离策略的目标函数与约束条件；

步骤二：故障隔离策略的目标是首、末端金属性故障后故障电流平均值降低到0；约束有换流器不过流、首端故障后逆变器直流电流不小于0和故障电流下降,目标和约束的自变量都是整流器、逆变器等值电动势,换流器等值电动势在单个20ms内为定值，并逐个20ms时段求取；

步骤三：通过首、末端金属性故障的目标和约束条件，求得电动势序列，并得到整流器和逆变器的触发角序列,由高压直流输电系统的控制系统调整整流器和逆变器的触发角分别等于上述得到的触发角，实现故障隔离；

所述步骤二中首端金属性故障的数学形式以故障电流均值最小为目标，目标函数为具体表达式由式(1)、(2)的解确定，

为整流器直流电流均值；为整流侧电感电流均值；t表示时间；E_R、E_I分别为整流侧、逆变侧换流器与所连交流系统的等值直流电动势，L_R、L_I分别为整流侧、逆变侧等效换相电感，R、L、C构成了单极输电线路的T形等值电路；i_R为整流器直流电流；整流侧电感电流为i₁、逆变侧电感电流为i₂，电容电压u_C；

目标函数通过式(1)、(2)求解计算之后的数学形式为min[Q₀+Q₁E_R+Q₂E_I]²，是E_R、E_I的函数；其中Q₀、Q₁、Q₂为常系数，在首端金属性故障时按是否含换流器等值电动势E_R、E_I重新整理故障电流均值的过程中确定；

首端金属性故障，利用电流均值和最大振幅表示的约束条件：

1)本时段内故障电流最大值不超过上一时段末的值，此约束条件包括E_R、E_I，具体表达式由式(1)、(2)的解确定，形式为：

其中Q₆为首端故障时上一时段末的故障电流值；Q₀、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅为常系数，在首端故障时按是否含换流器等值电动势E_R、E_I重新整理故障电流的过程中确定；

2)线路末端直流电流最小值大于等于0，包括E_I，具体表达式由式(2)的解确定，形式为：

其中Q₀、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄为常系数，在首端故障时按是否含换流器等值电动势E_R、E_I重新整理线路末端直流电流的过程中确定；

3)整流器不过流，整流器电流为一次函数，不过流即电流最值均不过流，包括E_R，为：

其中i_R0为整流器直流电流初值；L_R为整流侧等效换相电感，Q₁为整流器过电流允许值；

所述步骤二中末端金属性故障的数学形式以故障电流均值最小为目标，得目标函数为其中为逆变侧电感电流均值，具体表达式由式(3)的解确定，式(3)为：

目标函数通过式(3)求解计算之后的数学形式为min[Q₀+Q₁E_R]²，是E_R的函数，其中Q₀、Q₁分别表示逆变侧电感电流均值中的常系数项和含E_R项的系数；

末端金属性故障，约束条件同样利用均值和振幅表示：

1)本时段内故障电流最大值不超过上一时段末的值，包括E_R，具体表达式由式(3)的解确定，形式为：

其中Q₅为末端故障时上一时段末的故障电流值；Q₀、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄为常系数，在末端故障时按是否含换流器等值电动势E_R、E_I重新整理故障电流的过程中确定；

2)整流器不过流，包括E_R，具体表达式由式(3)的解确定，形式为：

Q₅为整流器过电流允许值，Q₀、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄为常系数，在末端故障时按是否含换流器等值电动势E_R、E_I重新整理整流器电流的过程中得到。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电线路单极故障隔离方法，其特征在于：所述步骤一包括以下内容，所述首端金属性故障或末端金属性故障后整流侧电感电流i₁、逆变侧电感电流i₂的表达式如式(6)，提取均值和最大振幅,均值近似为式(6)中衰减量与直流量的和，形式如式(12)所示，最大振幅为衰减振荡量最大可能的幅值，形式如式(13)所示:

式中，D₁、D₂、D₃、D₄、G₁、G₂、G₃均与时间无关，且G₁、G₂、G₃由电路结构参数决定；D₁、D₂、D₃、D₄由电路结构参数、输入量和状态变量初始值决定，输入量为整流器、逆变器的等值电动势，式(12)中的Q₁、Q₂分别对应式(6)中的D₁、D₄，式(13)中的Q₁、Q₂分别对应式(6)中的D₂、D₃；x为首端金属性故障后的整流侧电感电流，或末端金属性故障后的逆变侧电感电流，用时段内最值的均值代替，即出现在最大幅值中，用时段内最大值代替即由此式(12)和式(13)内不含随时间变化量；

将式(12)、(13)按是否含换流器等值电动势重新整理得式(14)、(15)，即式(12)和式(14)本质相同，式(13)和式(15)本质相同，给定两侧换流器等值电动势后，这些电流的均值和最值Δx(t)为常数：

对于首端故障，式(14)和式(15)中含E_R项均为0；末端故障，式(14)和式(15)中含E_I项均为0；

线路首端金属性故障后的整流器电流为时间的一次函数，如式(11)所示：

i_R＝tE_R/L_R+i_R0,(0≤t≤0.02) (11)

其均值为为与式(15)形式统一，定义此电流的最大振幅为最值与均值的差，即Δi_R＝0.01E_R/L_R,给定换流器等值电动势后，此电流的均值与最值也是常数。