[发明专利]一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法

权利要求书

1.一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将直流电网网架结构进行通用表示，并进行可行方案筛选：

通过二进制的网架标识码h来表示网架的连接关系，h中元素为1表示对应两换流站之间有直接连接，0则表示未直接连接；

采用图论中无向图的邻接矩阵表示网架结构，对于n端直流电网，设换流站集为C＝{c₁,c₂,…,c_n}，则网架标识码h的长度为邻接矩阵D＝(d_ij)_n×n，其中

根据网架结构的邻接矩阵D的性质，筛选出满足连通性和N-1连通性的网架，并限制电网总线路和每个换流站的出线数；

S2：建立直流电网的故障等效模型，并建立如下式所示的状态空间方程，计算故障后各线路电流的变化情况；

式中，A为节点与支路的关联矩阵，u为换流站电压矩阵，R为电阻矩阵，i为线路电流矩阵，L为电感矩阵，P为换流站电压与线路电流之间的关联矩阵；

S3：根据正常运行方式下的故障电流水平评价指标及N-1运行方式下的综合故障电流水平评价指标，定义综合优化目标函数F_fit，以抑制故障电流为目标对直流电网网架结构优化设计，即寻找使F_fit最小的网架结构；

所述综合优化目标函数F_fit为：

其中，I_max为正常运行方式下所有线路出口处短路电流中的最大值，即该网架中可能出现的最大故障电流值；I_{max_l}为断开任意一条线路运行方式下剩余网架中可能出现的最大故障电流值；I_{max_c}为退运任意一座换流站工况下剩余网架中可能出现的最大故障电流值；nl为线路条数，L为总线路长度；I_base为所有备选网架的I_max中的最大值；I_{base_l}为所有备选网架的I_{max_}l中的最大值；I_{base_c}为所有备选网架的I_{max_c}中的最大值；nl_base为所有备选网架中最大的线路条数；L_base为所有备选网架中最大的线路总长度。

2.根据权利要求1所述的抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，其特征在于，

所述S1中判断连通性和N-1连通性的方法为：

1)对于n端直流电网，定义n阶矩阵：

其中，r_ij为n阶矩阵中的元素；

判断矩阵R中是否含有零元素：若矩阵R中不含有零元素，则该邻接矩阵D对应的网架具有连通性；否则该邻接矩阵D对应的网架不具有连通性；

2)判定切断任意一条线路后直流电网的连通性：将邻接矩阵D中断开线路对应的1元素置零，再根据得到的新邻接矩阵计算矩阵R，然后进行连通性分析；

判定退出任意一个换流站后直流电网的连通性：去除邻接矩阵D中退出的换流站对应的行和列，再根据得到的新邻接矩阵计算矩阵R，然后进行连通性分析。

3.根据权利要求1所述的抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，其特征在于，

所述S1中限制电网总线路和每个换流站的出线数具体为：

限制电网总线路数nl不超过n+2条，通过限定网架标识码h中的1元素总数来实现；

限制每个换流站的出线不超过3条，通过限制邻接矩阵D中每一行或列的1元素总数不超过3来实现。

4.根据权利要求1所述的抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，其特征在于，

所述S2中建立直流电网的故障等效模型包括：将可能出现的最大极间短路故障电流代表直流电网故障电流水平，建立大地回线接地方式的双极直流电网的故障等效模型：

将发生极间短路故障的双极MMC换流站结构等效为由线路等效电阻R，线路等效电感与线路平波电抗器电感值L_d之和L，短路电阻R_f，换流站等效电阻R_c，换流站等效电感L_c，以及换流站等效电容C_c串联构成的回路；将n端直流电网等效为n个换流站等效模型通过输电线路相连组成。