[發明專利]低頻輸電系統故障電流簡化解析方法及系統

有效

• 申請號: 202211437213.1
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN116148589B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 向念文;葉壽洪;王書來;陸翌;裘鵬;林進鈿;韓彬;趙國亮;喬光堯;趙澤昕;倪曉軍;丁超;倪嘉偉;柯一帆
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;中國電力科學研究院有限公司;國網智能電網研究院有限公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01R31/52;G01R31/58;G01R19/00
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明提供了一種低頻輸電系統故障電流簡化解析方法及系統，所述故障電流為三相接地故障電流，屬于電力系統故障保護技術領域。包括以下步驟：對正常運行的系統進行檢測，獲取系統的元件固有參數和正常運行參數；將故障電流的演化過程分為三個階段：換流器閉鎖前電容器充電、換流器閉鎖前電容器放電和換流器閉鎖后電容器充電；分別將三個階段的故障回路等效為RLC等值電路，由RLC等值電路推導出故障電流解析式，并合成得到故障電流解析式。本發明方法不需要進行復雜的建模仿真，即可實現基于M3C的低頻輸電系統三相接地故障電流簡化解析計算，可為繼電保護整定計算、電氣設備選擇校驗提供依據，計算時間短，適用性廣泛。

技術領域

本發明涉及電力系統故障保護技術領域，尤其涉及一種低頻輸電系統故障電流簡化解析方法及系統，其中故障電流為三相接地故障電流。

背景技術

低頻輸電是一種輸送頻率低于工頻(50/60Hz)的交流輸電方式，具備線路輸電能力強、電流過零開斷、易組網的優勢，應用于中遠距離的海上風電中具有獨特優勢。低頻輸電的一個關鍵環節是利用交交變頻換流器進行低頻系統與工頻系統之間的異頻能量交互，模塊化多電平矩陣換流器(M3C)是目前較適用于低頻輸電技術的交交換流器，采用全橋子模塊級聯技術實現無直流環節的直接型交交換流，在換流站發生三相接地故障后，流經子模塊的電流峰值遠高于穩態值，嚴重威脅整個系統的安全穩定運行。

M3C在2001年提出，經過20年來的研究和改進，其理論已趨于成熟。針對M3C的裝置級控制策略已開展了較多研究，主要圍繞子模塊電容電壓平衡控制、電網電壓不平衡工況下的控制、柔性啟停策略等，但針對故障后M3C的電磁暫態過程研究涉及較少。需要對故障電流通路和變化規律進行全面分析，推導換流器閉鎖前和閉鎖后橋臂故障電流解析式，分析影響子模塊過電流和過電壓的關鍵因素，為電力系統規劃設計、繼電保護整定計算、電氣設備選擇校驗提供參考。

M3C故障后的暫態行為研究方法可以借鑒基于模塊化多電平變流器(MMC)的柔性直流輸電系統，國內外學者對其在交直流側下的接地故障進行了大量研究，包括故障時子模塊放電機制、短路路徑、橋臂電流變化的研究，并推導了相應的故障電流解析式。

中國發明專利申請公開說明書CN?103825267?A于2014年5月28日公開的《一種MMC-MTDC直流側短路電流的計算方法》，把計算所得的穩態運行電流作為短路電流的穩態分量；根據MMC等效無源電路，直流輸電線路以及故障點的直流電壓源等效計算網絡，求解短路電流的故障分量；最后把穩態分量與故障分量相加，得到最終短路電流計算結果，可以大大簡化系統模型，顯著提高計算效率。

中國發明專利申請公開說明書CN?106407494?A于2017年2月15日公開的《基于MMC的HVDC系統的雙極短路故障電流計算方法》，根據故障電流分量和放電電流產生機理，把放電過程進行等值，引入調節因子來擬合放電電流的曲線，獲得最終放電電流計算公式。

目前所見故障電流解析方法主要針對MMC-HVDC系統的故障電流解析，但M3C在拓撲結構和運行狀態上與MMC不同，故障后換流器的運行特性發生較大的變化，換流器內各橋臂導通的全橋子模塊數量不是定值，發生三相接地故障后電磁暫態過程復雜，故障電流越限有可能造成換流器內部電力電子器件損壞，因此需要針對基于M3C的低頻輸電系統故障后的故障電流進行解析計算，進而采取針對性的故障限流措施。

發明內容

本發明要解決的技術問題是簡化M3C換流器故障后復雜的電磁暫態過程，克服現有故障電流解析方法無法適用于求解新型低頻輸電系統故障電流的缺陷，從而提供了一種低頻輸電系統故障電流簡化解析方法及系統，通過解析計算故障回路的RLC等值電路，快速表征故障發生后一段時間內故障電流的變化趨勢。

本發明的目的是這樣實現的，本發明提供了一種低頻輸電系統故障電流簡化解析方法，所述故障電流為三相接地故障電流，所述簡化解析方法包括以下步驟：