[發明專利]一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法

有效

• 申請號: 201910539167.8
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110350515B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 秦博宇;劉宛菘;方鋮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/36;G01R31/08;G06F30/18;G06F113/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，采用算子法對MMC換流站進行辨識和建模，獲得MMC換流站的輸入輸出特性；

步驟S2，根據獲得的MMC換流站獲得的輸入輸出特性，構建多端柔性直流電網模型，多端柔性直流電網模型得到直流電網短路故障的故障電流；

步驟S2的具體過程為：首先，獲取MMC的柔性直流輸電系統中的直流側的電網參數，建立直流電網的節點導納矩陣，通過節點導納矩陣和S1中獲得的MMC換流站的輸入輸出特性，通過高斯消去法計算直流電網兩極間短路故障的故障點電壓與故障電流；

具體過程為：

第一步，基于MMC的柔性直流輸電系統中的直流側的電網參數和MMC換流站的輸入輸出特性，形成對應的方程組；

第二步，對對應的方程組進行消去運算，通過初等行變換，將其變為一個上三角矩陣；

第三步，對右端項矩陣做相同的初等行變換；

第四步，通過回代運算，得到短路故障點f的電壓U_f的表達式；

第五步，通過故障點電壓計算短路故障電流I_f，其中，R_f為短路電阻，f為短路故障點。

2.根據權利要求1所述的一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法，其特征在于，步驟S1中，采用恒定切換步長隨機信號作為擾動輸入信號，并通過接口元件將恒定切換步長隨機信號輸入到仿真軟件PSCAD/EMTDC中，獲得輸入-輸出響應數據；根據輸入-輸出響應數據，采用算子法，對MMC換流站進行辨識和建模，獲得MMC換流站的輸入輸出特性。

3.根據權利要求1所述的一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法，其特征在于，步驟S1中，通過算子法將MMC換流站分解為一個線性部分與一個非線性部分，并分別對兩部分進行辨識，再將線性部分與非線性部分的辨識結果串聯，獲得整個換流站的輸入輸出特性。

4.根據權利要求3所述的一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法，其特征在于，對于線性部分辨識時，采用自回歸滑動平均模型描述換流站的線性部分，采用最小二乘法估計自回歸滑動平均模型的參數；

對于非線性部分辨識時，采用區間增益法進行表示，選擇一組最小的增益作為非線性部分。

5.根據權利要求1所述的一種適用于故障電流分析的柔性直流電網建模方法，其特征在于，對于一個柔性直流電網，有

YU＝I

其中，Y為節點直流電網的導納矩陣，U表示換流站的端口電壓；

換流站的端口電壓U表示為[U₁ U₂ U₃ U₄…U_f]^T，U₁為換流站1的端口直流電壓，U₂為換流站2的端口直流電壓，U₃為換流站3的端口直流電壓，U₄為換流站4的端口直流電壓，U_f為短路故障點f的直流電壓；I為每個節點的注入電流，為[I₁ I₂ I₃ I₄…-I_f]^T，I₁為換流站1的端口直流電流，I₂為換流站2的端口直流電流，I₃為換流站3的端口直流電流，I₄為換流站4的端口直流電流，I_f為短路故障點f的直流電流；

對于節點直流電網的導納矩陣Y有：

其中，Y₁₁為節點1自導納，Y₁₂為節點1與節點2之間互導納，Y₁₃為節點1與節點3之間互導納，Y₁₄為節點1與節點4之間互導納，Y_1f為節點1與故障點f之間互導納，Y₂₁為節點2與節點1之間互導納，Y₂₂為節點2自導納，Y₂₃為節點2與節點3之間互導納，Y₂₄為節點2與節點4之間互導納，Y_2f為節點2與故障點f之間互導納，Y₃₁為節點3與節點1之間互導納，Y₃₂為節點3與節點2之間互導納，Y₃₃為節點3自導納，Y₃₄為節點3與節點4之間互導納，Y₄₁為節點4與節點1之間互導納，Y₄₂為節點4與節點2之間互導納，Y₄₃為節點4與節點3之間互導納，Y₄₄為節點4自導納，Y_4f為節點4與故障點f之間互導納，Y_f·為故障點f與節點1之間互導納，Y_f2為故障點f與節點2之間互導納，Y_f3故障點f為與節點3之間互導納，Y_f4為故障點f與節點4之間互導納，Y_ff為故障點f之間自導納；

由于MMC換流站輸入輸出特性和故障點電壓與電流關系：

I_j-I_je＝H_j(U_j-U_je)j＝1，2，3，4，...

其中，j為換流站節點編號，I_j為編號為j的換流站的直流電流，I_je為編號為j的換流站穩定工作點的直流電流，H_j為編號為j的換流站的輸入輸出特性，U_j為編號為j的換流站的端口電壓，U_je為編號為j的換流站的穩定工作點的端口電壓，I_f為故障電流，U_f為故障電壓，R_f為故障電阻；

所以有

H₁為換流站1的輸入輸出特性，H₂為換流站2的輸入輸出特性，H₃為換流站3的輸入輸出特性，H₄為換流站4的輸入輸出特性；I_1e為換流站1的穩定工作點的直流電流，I_2e為換流站2的穩定工作點的直流電流，I_3e為換流站3的穩定工作點的直流電流，I_4e為換流站4的穩定工作點的直流電流，U_1e為換流站1的穩定工作點的端口電壓，U_2e為換流站2的穩定工作點的端口電壓，U_3e為換流站3的穩定工作點的端口電壓，U_4e為換流站4的穩定工作點的端口電壓；

所以有

(Y-H)U＝b

其中

經過高斯消去法得到U_f的表達式，則兩極間短路電流通過計算得到。