[发明专利]一种多端直流配电网双极短路故障电流计算方法和系统

说明书

本发明提供了一种多端直流配电网双极短路故障电流计算方法和系统，包括获取多端直流配电网拓扑、换流站参数、线路参数以及短路故障位置；分别确定多换流站闭锁前、后在短路故障位置的各项短路电流分量，基于多端直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数，利用叠加原理计算多换流站闭锁前、后的短路故障电流。本发明考虑了多换流器闭锁前后的故障发展过程，利用叠加原理准确计算多端直流配电网双极短路电流，实现了完整的短路故障电流计算。

技术领域

本发明属于直流配电网技术领域，具体涉及一种多端直流配电网双极短路故障电流计算方法和系统。

背景技术

直流配电网相比交流配电网，可实现分布式新能源、直流负荷、变频负荷的高效、灵活接入，显著提升配电侧运行控制的灵活性。相比交流电网故障，直流配电网阻尼小，故障电流上升速度快，并且由于直流无自然过零点，对直流配电网的保护技术提出了较高要求。

直流配电网发生双极短路故障时，故障电流受到直流配电网设备类型、换流设备拓扑、故障位置、时间阶段等多方面因素影响。为明确直流配电网主设备参数要求并且为故障电流抑制提供关键支撑，确定直流配电网故障电流的时空分布情况十分必要。目前对于直流配电网的故障电流分析多局限于单个设备，未充分考虑多端直流配电网不同换流设备对故障电流的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在解决现有直流配电网的故障电流分析多局限于单个设备，未充分考虑多端直流配电网不同换流设备对故障电流的影响的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多端直流配电网双极短路故障电流计算方法，适用于包含全桥MMC换流站、半桥MMC换流站和直流变压器的任意多端直流配电网，包括如下步骤：

获取多端直流配电网拓扑、换流站参数、线路参数以及短路故障位置；

确定多换流站闭锁前在短路故障位置的各项短路电流分量，基于多端直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数，利用叠加原理计算多换流站闭锁前的短路故障电流；

确定多换流站闭锁前在短路故障位置的各项短路电流分量，基于多端直流配电网拓扑、换流站参数和线路参数，利用叠加原理计算多换流站闭锁后的短路故障电流。

进一步的，对于含有m₁个接上级交流配电网的MMC换流站，m₂个接交流负载的MMC换流站，n个直流变压器的多端直流配电网，多换流站闭锁前的短路故障电流i_{fault1_DC}的计算公式如下：

式中，分别为第i个MMC换流站或直流变压器的子模块电容放电电流、直流变压器高压侧子模块电容放电电流和交流测经 MMC换流站馈入电流。

进一步地，多换流站闭锁前，各项短路电流分量的计算式如下：

其中τ₁为MMC电容放电电流衰减时间常数，U_dc为故障前直流电压，C₀为子模块电容值，n为桥臂子模块数量，L_bridge为桥臂电抗器电感值，ω为放电电流震荡角频率，I₀为故障前瞬间MMC输出直流电流；

其中τ₂为直流变压器电容放电电流衰减时间常数，U_dc为故障前直流电压，ω_d为直流变压器电容放电电流震荡角频率，L_s为放电回路等效电感值；

其中L₀为联接变压器电感值，u_φ为联接变压器网侧电压，u_c为联接变压器阀侧电压，i₀为故障前瞬间直流变压器输出直流电流，t₀为故障发生时刻。