[发明专利]直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统，方法包括以下步骤：获取直流输电系统的运行参数；实时监测整流侧和逆变侧换流母线三相电压，并计算故障后直流电流瞬时值；对直流电流瞬时值公式进行拉普拉斯逆变换，得到直流电流的时域解，并计算第2个换相过程结束时的直流电流值；根据预先设定的换相失败临界关断角，以及求取的直流电流值，计算导致换相失败的临界瞬时电压。本发明克服了传统换相失败临界电压判据缺乏计及状态变量暂态过程的不足，通过换相失败临界瞬时电压的计算，提升了换相失败判据的准确性和实用性。

技术领域

本发明涉及一种直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统，属于电力系统保护技术领域。

背景技术

直流输电以低损耗、灵活可控、输送容量大等经济技术优势被广泛应用于大区联网，成为我国实施“西电东送”战略，实现清洁能源大规模外送的重要输电方式。换相失败会导致直流功率短时中断，造成送受端电网功率失衡和暂态过电压等问题，成为制约传统直流发展的原理性问题。

换相失败的本质是换相时间小于晶闸管的去游离时间，导致在规定时间内无法完成换相过程。采用关断角作为判据虽然准确，但其出发点较为微观且位于直流系统内部，不能有效反映出交流系统故障对换相失败的影响。故障严重程度和系统强度可以作为判别换相失败免疫能力的指标，但是无法量化分析交流系统状态变量变化对于换相失败的影响程度。

小波变换和概率论等数学方法也被广泛应用于换相失败的风险评估，由于缺乏物理模型，其可靠性还有待商榷。换流母线电压降落是导致换相失败主要原因，也是更为直观实用的换相失败判据。由经典关断角表达式可以推导出临界电压判据，结合电压稳定因子、交互作用因子等指标的换相失败评估方法被国内外学者相继提出，能够较为快速的评估直流抵御换相失败的能力，但是假设暂态过程中直流电流不变会产生一定误差。因此，如何直流输电系统换相失败的临界电压是解决现有问题的有效途径。

发明内容

为了上述问题，本发明提出了一种直流输电系统换相失败的临界电压计算方法及系统，能够克服传统换相失败临界电压判据缺乏计及状态变量暂态过程的不足，通过换相失败临界电压的计算来提升换相失败判据的准确性和实用性。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种直流输电系统换相失败的临界电压计算方法，包括以下步骤：

获取直流输电系统的运行参数；

实时监测整流侧和逆变侧换流母线三相电压，并计算故障后直流电流瞬时值；

对直流电流瞬时值公式进行拉普拉斯逆变换，得到直流电流的时域解，并计算第2个换相过程结束时的直流电流值；

根据预先设定的换相失败临界关断角，以及求取的直流电流值，计算导致换相失败的临界瞬时电压。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述直流输电系统的运行参数包括平波电抗器整流侧电流及逆变侧电流、整流侧线路电阻及逆变侧线路电阻、线路充电电容，以及整流侧额定电流和逆变侧额定电流、线路电容额定电压、整流侧额定电压、换相失败临界关断角。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算故障后直流电流瞬时值，具体为：

利用式(3)求得相关储能元件的初始电压和电流：

式中，i_efr(0_-)、i_efi(0_-)、U_c(0_-)分别为相关电流和电压额定值，I_dn为额定直流电流，U_dcr为整流侧直流电压，U_dci为逆变侧直流电压；

基尔霍夫电压定律方程如式(4)所示：