[发明专利]TWBS-HVDC直流短路故障电流计算方法

说明书

本发明公开了一种基于TWBS‑HVDC的直流短路故障电流计算方法，所述方法包括以下步骤：以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准进行故障分类，将所有直流故障分类为单回路类故障、双回路类故障和多回路类故障；将支路电感电流与电容电压作为状态变量，分别列写3类故障等效电路中支路电感电流的基尔霍夫电压方程、电容电压的基尔霍夫电流状态方程，进而得到直流侧短路故障发生时TWBS‑HVDC的状态空间描述；分别求解3类故障状态方程系数矩阵的特征根和特征向量并代入状态变量初始条件，最终求得直流线路故障电流的解析表达式及解析解。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于TWBS-HVDC(three wires bipolestructure based high voltage direct current，三线双极结构的高压直流输电)系统直流短路故障电流计算方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(modular multilevel converterbased high voltage direct current，MMC-HVDC)系统因其运行方式灵活、谐波含量低和占地面积小等优点已成为解决大规模新能源并网和输电走廊利用紧张等问题的关键技术之一。根据主接线形式，MMC-HVDC又可分为：单极接线MMC-HVDC、伪双极接线MMC-HVDC及双极接线MMC-HVDC，而TWBS-HVDC作为一种新的三极接线系统，可以更好地利用现有的三相交流线路，以节省在直流线路上的基础配置投资，实现输电线路增容改造。

目前国内外对TWBS-HVDC的研究主要聚焦于TWBS-HVDC运行特性与控制策略等方面，处于初步探索阶段，而对TWBS-HVDC的直流故障特性分析甚少。典型的直流故障特性分析方法主要为：离散化求解法和状态方程求解法。离散化求解法通过建立直流系统离散化模型求取故障电流数值解，但该方法建模过程复杂且仿真规模具有局限性，故该方法普适性不强；状态方程求解法通过建立系统直流侧故障状态方程继而求得故障电流解析解。文献推导了MMC端口短路的等效暂态模型，为直流系统故障机理分析提供了理论依据。文献建立了伪双极直流系统故障暂态等效模型，并提出一种计算单极故障电流的方法。文献进一步提出了直流系统双极短路故障的通用建模方法，并利用状态方程法求得故障电流解析解。而针对TWBS-HVDC直流故障特性分析方面的研究较少，深入分析其故障机理和暂态特性对工程参数设定与继电保护时间整定计算具有重要的作用，且有利于实际工程中TWBS-HVDC运行方式的制定和限流措施的选择，改善输因规划裕度导致的输电线路的利用率，提高输电系统供电的安全性、可靠性、速动性和灵敏性等。故有必要开展进一步的研究。

发明内容

本发明提供了一种TWBS-HVDC直流短路故障电流计算方法，本发明探究TWBS-HVDC直流侧短路故障机理，为直流线路保护与直流断路器动作定值计算和系统主电路参数设定提供了科学依据，为故障抑制提供了较为准确的参考依据，详见下文描述：

一种基于TWBS-HVDC的直流短路故障电流计算方法，所述方法包括以下步骤：

以暂态等效电路中独立回路数和动态元件阶数为标准进行故障分类，将所有直流故障分类为单回路类故障、双回路类故障和多回路类故障；

将支路电感电流与电容电压作为状态变量，分别列写3类故障等效电路中支路电感电流的基尔霍夫电压方程、电容电压的基尔霍夫电流状态方程，并整理成标准状态方程，进而得到直流侧短路故障发生时TWBS-HVDC的状态空间描述；

分别求解3类故障状态方程系数矩阵的特征根和特征向量并代入状态变量初始条件，最终求得直流线路故障电流的解析表达式及解析解。

所述列写3类故障等效电路中支路电感电流的基尔霍夫电压方程、电容电压的基尔霍夫电流方程，并整理成标准状态方程，具体为：