[发明专利]MMC-MTDC输电系统单极接地故障电流计算方法

说明书

本发明公开了MMC‑MTDC输电系统单极接地故障电流计算方法，包括步骤：建立基于MMC换流器的MTDC系统的简化计算模型；根据所述简化计算模型，建立MMC‑MTDC系统的故障前状态方程；线路故障后，根据线路故障对故障前状态方程中的状态变量和系数矩阵进行修改，得到MMC‑MTDC输电系统的故障后状态空间描述；根据故障后状态空间描述，求解线路故障电流。本发明能够实现MMC‑MTDC系统单极接地故障电流的准确计算，能较好地反映线路故障电流暂态特性，在多端直流系统的故障计算中有较好的可行性和适用性。

技术领域

本发明属于电力线路故障分析技术领域，特别是涉及MMC-MTDC输电系统单极接地故障电流计算方法。

背景技术

直流线路单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modular multilevelconverter，MMC)的多端直流(multi-terminal high voltage direct current，MTDC)输电系统最常见的故障类型，分析其故障电流暂态特性对于故障类型的判断、保护配置的设计、系统参数的优化具有较大的工程意义。

典型直流故障主要有双极短路故障、单极接地故障及断线故障。其中单极接地故障是直流系统最常见的故障类型，目前国内外文献关于单极接地故障的研究主要包括故障暂态特性的定性分析、控制保护策略、接地参数对故障特性的影响等；但考虑到线路故障传播延时及故障检测等问题，故障时刻桥臂子模块实际投入个数不易获得；并且故障暂态过程中任意时刻的三相上(下)桥臂子模块投入个数不相等，进而等效电容也不相同，现有方法无法得出桥臂等效电容表达式。在现有技术中多是关于多端直流单极接地故障电流暂态特性的研究大部分为定性分析，并没有提出过准确的故障电流计算方法。

在MMC-MTDC系统中研究单极接地故障时，即使换流站参数相同，故障点处于线路中点，由于参与放电的换流站不止两个，以及各条输电线路参数不同，故障通路不可能完全对称，非故障极线路上的故障电流不能等效为零，需要将其考虑进故障电流分析中；因此在故障电流分析过程中故障电流的计算有着重要的意义。并且，由于MMC换流器采用了大量的非线性开关元件和复杂的控制系统，故障发生后的暂态过程具有极强的非线性特征。如果对换流站进行详细的数学建模，求解故障暂态过程将十分复杂，不易实现。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了MMC-MTDC输电系统单极接地故障电流计算方法，能够实现MMC-MTDC系统单极接地故障电流的准确计算，能较好地反映线路故障电流暂态特性，在多端直流系统的故障计算中有较好的可行性和适用性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：MMC-MTDC输电系统单极接地故障电流计算方法，包括步骤：

S100建立基于MMC换流器的MTDC系统的简化计算模型；

S200根据所述简化计算模型，建立MMC-MTDC系统的故障前状态方程；

S300线路故障后，根据线路故障对故障前状态方程中的状态变量和系数矩阵进行修改，得到MMC-MTDC输电系统的故障后状态空间描述；

S400根据故障后状态空间描述，求解线路故障电流。

进一步的是，在所述MMC-MTDC输电系统中，对单个MMC换流器进行简化等效，进而将MTDC系统简化为RLC等效电路，从而建立简化计算模型。

进一步的是，在建立所述简化计算模型时，基于能量平衡理论，使MMC-MTDC系统在正常运行过程中每个时刻的MMC换流器输入能量和输出能量相等，故而使得MMC换流器三相桥臂电容总的能量保持不变；

线路故障后，三相桥臂电容能量的释放产生了故障电流；由于不同故障时刻桥臂电容总的能量相同，考虑到系统中三相桥臂子模块的均压策略及快速投切，线路故障电流特性也相同；