[發明專利]基于拓撲優化真雙極直流電網極間短路故障電流抑制方法

有效

• 申請號: 202010926291.2
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112134266B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李保宏;陶艷;劉天琪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J3/36
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 裴娟

本發明公開了一種基于拓撲優化真雙極直流電網極間短路故障電流抑制方法，建立了評估不同網架結構中極間短路故障電流水平的簡化指標；利用算法尋優得到故障電流水平最低的直流電網拓撲結構；相應改變原始直流電網各站連接路徑，使得所設計的直流電網故障電流水平得到限制；最終降低故障電流水平，為直流電網的規劃設計提供故障限流方面的參考。本發明無需投入或可減少投入額外的設備，降低了故障限流裝置的費用投入，并且可緩解對直流斷路器開斷能力和保護系統設計的壓力。

技術領域

本發明涉及直流電網故障分析和處理領域，特別是一種基于拓撲優化真雙極直流電網極間短路故障電流抑制方法。

背景技術

隨著電力電子技術的進步，基于電壓源換流器(VSC)的柔性直流輸電技術在異步聯網和可再生能源并網中優勢凸顯，特別是模塊化多電平變換器(MMC)的高壓大容量傳輸能力使其成為未來直流電網發展的必然選擇。采用真雙極接線的換流站結構如圖1所示，換流站由正、負極兩個MMC構成，正極換流器的負極與負極換流器的正極通過中性線電抗和金屬回線與遠端接地點相連。

然而，直流電網中故障電流傳播速度極快，電力電子設備的過電流耐受性差，與基于晶閘管的常規直流換流器(LCC)相比，MMC中的IGBT元件更容易受到故障電流的影響而閉鎖甚至損壞。這對直流斷路器提出了更苛刻的技術要求，對保護系統的設計也提出了更嚴格的要求。在柔性直流電網中，極間短路的故障電流是最大的，后果也是最嚴重的，決定了設備絕緣參數的選擇以及直流斷路器開斷容量和開斷速度的設計。單純通過附加限流設備的故障電流抑制措施必然增加工程建設的投資成本。因此，需明確故障電流的影響因素，并有針對性地提出經濟性的故障電流抑制方法。

現有的故障電流抑制措施都需要額外安裝故障限流裝置，一方面增加了工程投資，另一方面附加裝置對實際工程穩態運行的影響尚不明確，例如：1)一種結合直流斷路器的直流故障限流器拓撲文獻中，其利用直流斷路器使用的電流轉移原理分斷電路，在系統發生短路故障時快速限制短路電流的上升率及短路電流水平；2)基于預充電換相電容的直流故障限流器文獻中，其基于預充電換相電容的直流故障限流器，通過預充電換相電容實現限流電阻和限流電感的投入；3)電流換相H橋型混合式直流故障限流器文獻中，其電流換相H橋型混合式直流故障限流器，換相支路由晶閘管、換相電容、限流電感和4組H橋型二極管所組成，正常運行時負載電流通過低損耗支路通流,故障后電流流過換相支路實現限流過程。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于拓撲優化真雙極直流電網極間短路故障電流抑制方法，建立評估不同網架結構中極間短路故障電流水平的簡化指標，并通過優化直流電網的拓撲結構來降低故障電流水平，有針對性地抑制故障電流。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種基于拓撲優化真雙極直流電網極間短路故障電流抑制方法，包括以下步驟：

步驟1：根據直流電網拓撲結構提取系統相關參數，參數包括提取換流器的等效電感L_eq、平波電抗器電感值L_d、直流線路的電感L_line和額定直流電壓U_B；

步驟2：計算故障線路ij相連換流站的出線所連換流站n到故障點的等效電感L_∑＝L_eq+2L_line+2L_d；結合所有出線換流站的等效電感計算故障電流水平指標

步驟3：以降低最大的故障電流指標為目標，基于所述指標，利用算法尋優得到故障電流水平最低的直流電網拓撲結構；

步驟4：依據所得優化后的拓撲結構，相應改變原始直流電網各站連接路徑，使得所設計的直流電網故障電流水平得到限制；

步驟5：分別解鎖優化前后的真雙極直流電網并使其在零功率條件下穩定運行；