[發明專利]一種抑制故障電流的直流電網網架結構優化設計方法

有效

• 申請號: 202110502989.6
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113078623B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 彭喬;毛光亮;劉天琪;李保宏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284
• 代理人: 劉凱

本發明公開了一種抑制故障電流的直流電網網架結構優化設計方法，首先將直流電網網架結構進行通用表示，并進行可行方案篩選；然后建立直流電網的故障等效模型，計算故障后各線路電流的變化情況；根據正常運行方式下的故障電流水平及N?1運行方式下的故障電流水平，定義綜合故障電流水平評價指標，在此基礎上考慮經濟性指標，得到綜合優化目標函數；以抑制故障電流為目標，同時考慮經濟性，對直流電網網架結構優化設計，即尋找使綜合優化目標函數最小的網架結構。本發明考慮不同運行方式的故障電流水平評價指標，及故障電流的潮流分量與故障分量，能夠全面反映電網故障電流水平；能夠有效降低考慮不同運行方式的綜合故障電流水平，并能夠保證經濟性。

技術領域

本發明涉及直流電網網架結構優化設計技術領域，具體為一種抑制故障電流的直流電網網架結構優化設計方法。

背景技術

隨著新能源的大規模應用，被認為是接入可再生能源最佳解決方案的柔性直流電網(以下簡稱直流電網)得到了廣泛關注和研究。直流電網是由多個以不同結構互聯的換流站構成的能量傳輸網絡，通過共享電能提供了冗余，能夠有效減小功率波動，是目前能源互聯網的重要發展方向之一。但直流電網還面臨著故障電流的問題，直流電網故障主要分為斷線故障、單極接地短路和極間短路故障，由于直流電網的直流線路和換流器阻抗相比交流系統要小得多，短路故障發生時換流器電容放電將產生較大的故障電流，而IGBT元件對于故障電流更為脆弱和敏感，因此需要降低故障電流水平。

直流電網發展迅速，其涵蓋的研究方向眾多，但關于直流電網網架結構的研究較少，根據不同的應用場景，可將直流電網網架結構劃分為環形拓撲、輻射型拓撲、網狀拓撲以及混合結構拓撲(陸晶晶,賀之淵,趙成勇,等.直流輸電網規劃關鍵技術與展望[J].電力系統自動化,2019,43(02):182-191.)，但這僅針對特定的場景探討網架結構形式，不具備通用性，且并未深入討論直流電網網架結構的具體設計方法。目前已有適用于各種網架結構的通用直流故障電流計算方法，能夠較為準確地計算出故障后前10ms的故障電流(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，通過對直流電網高頻等效模型的研究表明，直流電網的網架結構會影響故障電流的大小(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.)。因此可考慮通過優化設計網架結構來限制直流電網的故障電流水平。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種抑制故障電流的直流電網網架結構優化設計方法，能夠從網絡拓撲設計的層面抑制不同運行方式下的故障電流水平。技術方案如下：

一種抑制故障電流的直流電網網架結構優化設計方法，包括以下步驟：

S1：將直流電網網架結構進行通用表示，并進行可行方案篩選：

通過二進制的網架標識碼h來表示網架的連接關系，h中元素為1表示對應兩換流站之間有直接連接，0則表示未直接連接；

采用圖論中無向圖的鄰接矩陣表示網架結構，對于n端直流電網，設換流站集為C＝{c₁,c₂,…,c_n}，則網架標識碼h的長度為鄰接矩陣D＝(d_ij)_n×n，其中