[发明专利]基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法，建立了评估不同网架结构中极间短路故障电流水平的简化指标；利用算法寻优得到故障电流水平最低的直流电网拓扑结构；相应改变原始直流电网各站连接路径，使得所设计的直流电网故障电流水平得到限制；最终降低故障电流水平，为直流电网的规划设计提供故障限流方面的参考。本发明无需投入或可减少投入额外的设备，降低了故障限流装置的费用投入，并且可缓解对直流断路器开断能力和保护系统设计的压力。

技术领域

本发明涉及直流电网故障分析和处理领域，特别是一种基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法。

背景技术

随着电力电子技术的进步，基于电压源换流器(VSC)的柔性直流输电技术在异步联网和可再生能源并网中优势凸显，特别是模块化多电平变换器(MMC)的高压大容量传输能力使其成为未来直流电网发展的必然选择。采用真双极接线的换流站结构如图1所示，换流站由正、负极两个MMC构成，正极换流器的负极与负极换流器的正极通过中性线电抗和金属回线与远端接地点相连。

然而，直流电网中故障电流传播速度极快，电力电子设备的过电流耐受性差，与基于晶闸管的常规直流换流器(LCC)相比，MMC中的IGBT元件更容易受到故障电流的影响而闭锁甚至损坏。这对直流断路器提出了更苛刻的技术要求，对保护系统的设计也提出了更严格的要求。在柔性直流电网中，极间短路的故障电流是最大的，后果也是最严重的，决定了设备绝缘参数的选择以及直流断路器开断容量和开断速度的设计。单纯通过附加限流设备的故障电流抑制措施必然增加工程建设的投资成本。因此，需明确故障电流的影响因素，并有针对性地提出经济性的故障电流抑制方法。

现有的故障电流抑制措施都需要额外安装故障限流装置，一方面增加了工程投资，另一方面附加装置对实际工程稳态运行的影响尚不明确，例如：1)一种结合直流断路器的直流故障限流器拓扑文献中，其利用直流断路器使用的电流转移原理分断电路，在系统发生短路故障时快速限制短路电流的上升率及短路电流水平；2)基于预充电换相电容的直流故障限流器文献中，其基于预充电换相电容的直流故障限流器，通过预充电换相电容实现限流电阻和限流电感的投入；3)电流换相H桥型混合式直流故障限流器文献中，其电流换相H桥型混合式直流故障限流器，换相支路由晶闸管、换相电容、限流电感和4组H桥型二极管所组成，正常运行时负载电流通过低损耗支路通流,故障后电流流过换相支路实现限流过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法，建立评估不同网架结构中极间短路故障电流水平的简化指标，并通过优化直流电网的拓扑结构来降低故障电流水平，有针对性地抑制故障电流。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于拓扑优化真双极直流电网极间短路故障电流抑制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据直流电网拓扑结构提取系统相关参数，参数包括提取换流器的等效电感L_eq、平波电抗器电感值L_d、直流线路的电感L_line和额定直流电压U_B；

步骤2：计算故障线路ij相连换流站的出线所连换流站n到故障点的等效电感L_∑＝L_eq+2L_line+2L_d；结合所有出线换流站的等效电感计算故障电流水平指标

步骤3：以降低最大的故障电流指标为目标，基于所述指标，利用算法寻优得到故障电流水平最低的直流电网拓扑结构；

步骤4：依据所得优化后的拓扑结构，相应改变原始直流电网各站连接路径，使得所设计的直流电网故障电流水平得到限制；

步骤5：分别解锁优化前后的真双极直流电网并使其在零功率条件下稳定运行；