[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

说明书

本发明公开了一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，首先将直流电网网架结构进行通用表示，并进行可行方案筛选；然后建立直流电网的故障等效模型，计算故障后各线路电流的变化情况；根据正常运行方式下的故障电流水平及N‑1运行方式下的故障电流水平，定义综合故障电流水平评价指标，在此基础上考虑经济性指标，得到综合优化目标函数；以抑制故障电流为目标，同时考虑经济性，对直流电网网架结构优化设计，即寻找使综合优化目标函数最小的网架结构。本发明考虑不同运行方式的故障电流水平评价指标，及故障电流的潮流分量与故障分量，能够全面反映电网故障电流水平；能够有效降低考虑不同运行方式的综合故障电流水平，并能够保证经济性。

技术领域

本发明涉及直流电网网架结构优化设计技术领域，具体为一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法。

背景技术

随着新能源的大规模应用，被认为是接入可再生能源最佳解决方案的柔性直流电网(以下简称直流电网)得到了广泛关注和研究。直流电网是由多个以不同结构互联的换流站构成的能量传输网络，通过共享电能提供了冗余，能够有效减小功率波动，是目前能源互联网的重要发展方向之一。但直流电网还面临着故障电流的问题，直流电网故障主要分为断线故障、单极接地短路和极间短路故障，由于直流电网的直流线路和换流器阻抗相比交流系统要小得多，短路故障发生时换流器电容放电将产生较大的故障电流，而IGBT元件对于故障电流更为脆弱和敏感，因此需要降低故障电流水平。

直流电网发展迅速，其涵盖的研究方向众多，但关于直流电网网架结构的研究较少，根据不同的应用场景，可将直流电网网架结构划分为环形拓扑、辐射型拓扑、网状拓扑以及混合结构拓扑(陆晶晶,贺之渊,赵成勇,等.直流输电网规划关键技术与展望[J].电力系统自动化,2019,43(02):182-191.)，但这仅针对特定的场景探讨网架结构形式，不具备通用性，且并未深入讨论直流电网网架结构的具体设计方法。目前已有适用于各种网架结构的通用直流故障电流计算方法，能够较为准确地计算出故障后前10ms的故障电流(Li C,Zhao C,Xu J,et al.A Pole-to-Pole Short-Circuit Fault Current CalculationMethod for DC Grids[J].IEEE Transactions on Power Systems,2017,32(6):4943–4953.)。此外，通过对直流电网高频等效模型的研究表明，直流电网的网架结构会影响故障电流的大小(Tao Y,Li B,Dragicevic T,et al.HVDC Grid Fault Current LimitingMethod through Topology Optimization Based on Genetic Algorithm[J].IEEEJournal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics,2020:1–1.)。因此可考虑通过优化设计网架结构来限制直流电网的故障电流水平。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，能够从网络拓扑设计的层面抑制不同运行方式下的故障电流水平。技术方案如下：

一种抑制故障电流的直流电网网架结构优化设计方法，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