[发明专利]基于半桥型MMC多端直流电网直流侧双极故障电流计算方法

说明书

本发明提供了一种基于半桥型MMC多端直流电网直流侧双极故障电流计算方法，包括：首先对正常运行的直流电网进行检测，得到正常运行电气量参数及系统固有参数。其次，对双极故障后直流电网拓扑，由距离故障线路最远的非故障线路进行拆分，进行化为开式网络；在开式网络中计算故障所在线路两端等效换流站分别对故障点单独放电回路中的电流，分别等效原环形电网中故障点左右侧线路电流的故障分量。最后，通过与正常运行时的线路电流相加，得到基于半桥型MMC多端直流系统直流侧双极故障电流。通过实施本发明，不需要复杂的建模仿真，能有效实现对基于半桥型MMC多端直流系统直流侧单极接地故障电流的近似解析计算，计算时间短，泛用性广，实现成本低。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种基于半桥型MMC多端直流电网直流侧双极故障电流计算方法。

背景技术

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术(MMC-HVDC)具有独立控制有功功率和无功功率、不存在换相失败、可向无源网络或弱交流系统供电等特点，在灵活消纳大规模可再生能源、远距离大容量输电、异步联网等领域具有广阔应用前景，是未来电网发展的重要方向。目前国内已经投运的MMC-HVDC工程多数采用电缆输电，与架空线相比造价高且不便于检修和维护。因此采用架空线输电逐渐成为柔性直流电网未来发展的趋势。

与采用电缆相比，采用架空线输电发生短路故障的几率较大，其中线路双极短路故障是最严重的故障。故障后由于柔性直流电网的低阻尼特性，故障电流上升迅速且稳态值高达数十千安。目前柔性直流电网中多采用直流断路器清除故障电流，这是保障柔性直流电网安全、高效运行的重要措施。

由于目前直流断路器开断能力受限，多采用换流站出口处加装平波电抗器等限流措施限制故障电流的上升速度，从而在直流断路器开断能力范围内有效地清除故障电流。因此掌握短路故障电流水平是进行柔性直流电网参数设计、故障电流抑制及保护方案设计的重要基础。

目前柔性直流电网中计算短路电流较为常用的方法是通过电磁暂态仿真软件求解，但是由于仿真存在建模复杂、耗时长等局限性，不利于工程实际应用。为此，人们开始寻求更为简洁、快速的计算方法，柔性直流输电系统故障电流的解析计算成为了研究热点。

现阶段对柔性直流输电系统的短路电流解析计算方法的研究大多集中在双端系统。现有相关研究认为双端系统由于故障后换流站之间不存耦合关系，即故障点左右侧系统相互独立，能够分别求解线路故障电流的解析表达式。针对柔性直流电网，由于换流站之间存在相应耦合关系，故障点左右侧系统不独立，双端系统下的假设条件已不再适用，一般通过在故障后一段时间范围内对换流站进行线性化，然后列写系统状态矩阵通过求解不同故障下的系统状态微分方程的方法得到线路故障电流以及换流站出口电流。但柔性直流电网中包含多个储能元件，微分方程阶次较高无法解析求解，最终仍需要借助仿真求解线路故障电流，亟待提出一种能够快速解析求解线路故障电流的工程实用计算方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法快速解析求解柔性直流电网线路故障电流的缺陷，从而提供了一种基于半桥型MMC多端直流电网直流侧双极故障电流计算方法。该方法基于多端直流电网故障后电气量变化及故障电流特征，可有效表现故障后一段时间内线路故障电流的整体趋势，包括：

步骤(1)，获取多端直流系统固有参数，主要包括各端换流站参数：桥臂子模块个数N_n，子模块电容值C_0n，桥臂电抗值L_0n，桥臂损耗等效电阻R_0n、线路参数R_{line_n}、L_{line_n}，平波电抗器参数L_{pb_n}；

步骤(2)，获取待研究多端直流系统故障前线路电流正常运行分量I_0n及系统中换流站直流侧输出电压U_dc；