[發明專利]一種多饋入直流輸電系統換相失敗的判斷方法

有效

• 申請號: 201410020275.1
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103812129A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 陳厚合;李國慶;張嵩;姜濤;佟昕;李筱婧
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種多饋入直流輸電系統換相失敗的判斷方法，其特征是，它包括以下步驟：

1）編寫電力系統潮流計算程序，進行交直流系統潮流計算，確定各網絡中節點電壓值；

2）根據系統網絡參數和網架結構，構建發電機、線路、變壓器、負荷和直流系統模型，建立網絡阻抗分析數據，生成系統節點阻抗矩陣；

3）假設直流逆變站換流母線節點為j，當交流系統中母線i發生三相短路故障時，引入節點電壓交互作用因子計算逆變站換流母線節點電壓跌落值公式(1),

ΔUj=VIFjiUi0UjNUiN=|ZijZii|Ui0UjNUiN---(1)]]>

式中Z_ii為節點i的自阻抗，Z_ij為節點i和換流母線j之間的互阻抗，U_iN、U_jN分別為節點i和節點j的額定電壓值，U_i0為故障前節點i的線電壓有效值，

逆變站熄弧角表達式公式(2),

γ=arccos(2nIdXLUL+cosβ)---(2)]]>

式中n為變壓器變比；I_d為直流電流；X_L為換相電抗；U_L為換流母線線電壓有效值；β為超前觸發角；

將式(1)代入式(2)中，得到三相短路故障時熄弧角計算公式(3)，

γj=arccos[(Xkj%)UjNUj0-ZijZiiUi0UjNUiN+cosβj]---(3)]]>

當交流母線i發生單相短路接地故障時，A相短路接地，由對稱分量法得換流母線j三相電壓公式(4)，

U·ja=U·j(1)+U·j(2)+U·j(0)U·jb=α2U·j(1)+αU·j(2)+U·j(0)U·jc=αU·j(1)+α2U·j(2)+U·j(0)---(4)]]>

各序電壓表達公式(5)，

U·j(1)=1+ΔU·j(1)U·j(2)=0+ΔU·j(2)U·j(0)=0+ΔU·j(0)---(5)]]>

其中U_j(1)、U_j(2)、U_j(0)分別為換流母線j的正、負、零三序電壓分量，根據正、負、零三序節點阻抗矩陣元素的物理意義得到公式(6)，

ΔU·j(1)=-I·i(1)Zij(1)ΔU·j(2)=-I·i(2)Zij(2)ΔU·j(0)=-I·i(0)Zij(0)---(6)]]>

式中I_i(1)、I_i(2)、I_i(0)分別為故障點處正、負、零三序短路電流，Z_ij(1)、Z_ij(2)、Z_ij(0)分別為換流母線j和故障點i間的三序互阻抗，

由短路故障計算方法得到短路電流計算公式(7)所示，

I·i(1)=I·i(2)=I·i(0)=1Zii(1)+Zii(2)+Zii(0)---(7)]]>

式中Z_ii(1)、Z_ii(2)、Z_ii(0)分別為故障點i的三序自阻抗；

將式(5)、(6)和式(7)代入式(4)中可得換流母線處a相電壓變化值，公式(8)，

ΔUja=|Zij(1)+Zij(2)+Zij(0)Zii(1)+Zii(2)+Zii(0)|---(8)]]>

發生單相短路接地故障后，B相和C相間線電壓保持不變，根據三角關系，可以得到A相和B相、A相和C相相間的線電壓，公式(9)，

UL′=3-3ΔUa+ΔUa2---(9)]]>

換相電壓過零點相位移計算式(10)，

φ=arctanΔUa3(2-ΔUa)---(10)]]>

因為故障瞬間，換流變壓器變比保持不變，故換相電壓下降百分比與換流母線電壓一致，根據上述推導能夠得到A相短路接地時各換流閥熄弧角計算式，

式(11)，

γV1,V4=arccos(2kIdXL3-3ΔUa+ΔUa2UL/3+cosβ)-arctanΔUa3(2-ΔUa)---(11)]]>

式(12)

γV2,V5=arccos(2kIdXL3-3ΔUa+ΔUa2UL/3+cosβ)+arctanΔUa3(2-ΔUa)---(12)]]>

式(13)，

γV3,V6=arccos(2KIdXLUL+cosβ)---(13)]]>

計算系統中各節點發生三相短路故障接地和單相短路接地故障時，各直流子系統逆變站熄弧角；

4）利用步驟3)中計算得到的不同母線發生故障時逆變站換流閥熄弧角，基于最小熄弧角判據，即換流閥熄弧角小于等于最小熄弧角時直流系統發生換相失敗，將發生故障時能夠引起直流系統換相失敗的母線歸入故障母線集合，反之歸入非故障母線集合；

5）利用步驟4)中形成的故障母線集合和非故障母線集合，分別劃定三相短路臨界故障阻抗邊界和單相短路臨界故障阻抗邊界，即邊界內的母線發生三相短路接地故障，或者單相短路接地故障時會造成對應直流子系統發生換相失敗，而邊界外地母線則不會，若系統中有多回直流線路，則分別計算每回直流線路的臨界故障阻抗邊界。