[发明专利]考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统

说明书

本公开提出了考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统，包括：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。本公开所提的短路电流计算方法适应性好，能够处理各种类型的故障和适应各种网络拓扑结构、各种换流站主接线方式。

技术领域

本公开涉及电网技术领域，特别是涉及考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统。

背景技术

随着能源革命的发展，将大量可再生能源输送到负荷中心的需求(例如：需要将我国西北部的清洁能源输送到东南沿海负荷中心)迫使电网去升级其可控性和与容量。高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)，尤其是基于电压源型换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter-Based HVDC，VSC-HVDC)被广泛地看作是一个最有前景的解决方案。VSC-HVDC的可向无源系统供电、控制灵活等特点使得其非常适合大规模可再生能源的并网，并且其极易形成多端柔性直流电网(VSC-Based Multi-Terminal DirectCurrent，VSC-MTDC)。在VSC的各种拓扑结构中，模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)是最有吸引力的一种，这是由于其开关损耗低、波形质量高等优势。基于MMC的柔性直流(MMC-Based MTDC，MMC-MTDC)电网逐渐成为柔性直流输电的研究热点。

短路故障是MMC-MTDC电网中的一个关键事件。为了可靠切除故障线路，需要设计直流电网的保护系统、选择合适的断路器和限流电抗器。而这些工作的基础都是直流电网的短路电流计算。所以研究对柔性直流电网进行短路电流计算的准确、高效方法具有重要意义。

传统的计算柔性直流电网短路电流的方法都是通过详细地电磁暂态仿真，这是由于其可以提供最准确的短路电流。但是这种方法，计算效率低、建模难度大。

发明人在研究中发现，为了提高目前的电磁暂态仿真方法的计算效率，《A Pole-to-Pole Short-Circuit Fault Current Calculation Method for DC Grids》(定义为文献1)和《Fault Current Estimation in Multi-Terminal HVDC Grids Considering MMCControl》(定义为文献2)两篇文献研究了基于数值积分的多端柔性直流电网的短路电流计算方法。其首先对柔性直流电网进行简化的到等效电路，并建立其微分-代数方程，然后利用了数值积分法对方程进行了求解。虽然这两篇文献所提方法的计算效率相对于电磁暂态仿真有了极大的提升，但是仍然存在以下问题：

(1)首先，两种方法的适应性不足，其不能处理涉及到地的单极短路故障。

(2)其次，其利用数值积分法对直流电网等效电路的微分-代数方程组进行求解，这种数值积分方法的计算效率不高，这两种方法效率高的原因是对直流电网进行了等效。

(3)第三，这两种方法中有大量的矩阵运算，需要对直流电网微分-代数方程组中的代数变量进行消去处理。

综上所述，现有技术中的柔性直流电网短路电流计算方法存在适应性差、计算效率低、求解过程困难的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其具有适应性好、计算效率高，求解简单的效果。

本说明书实施方式提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，通过以下技术方案实现：

包括：