[发明专利]确定引起直流换相失败的交流系统故障范围的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，尤其涉及的是一种确定引起直流换相失败的交流系统故障范围的方法及系统。

背景技术

高压直流输电在技术和经济上具有独特的优势，在远距离、大容量输电和大区域联网方面得到了广泛的应用。但是其在带来巨大经济利益的同时，也使得电网结构更加复杂，交、直流系统之间的相互作用在技术上和管理上给电网运行人员带了了巨大的挑战。换相失败作为交直流动态相互作用的一种重要形式，其中尤其以交流系统故障引起的直流换相失败最为常见，是目前研究最为深入和最受关切的交直流相互作用问题。因此，评估交流系统不同故障位置、不同故障类型对直流换相失败的影响，确定引起直流换相失败的交流系统故障范围，对于运行人员掌握电网运行状态，保证日益扩大的交直流互联系统的安全稳定运行具有重要现实意义。

换相失败是交直流系统之间动态相互作用的结果，其发生过程非常复杂，不但与直流系统的运行方式、控制等密切相关，还与交流系统的网架结构和运行方式有关。目前确定引起直流换相失败的交流系统故障集的研究手段主要是采用PSCAD/EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真程序进行仿真，对交流电网进行等值后，通过建立交直流系统的详细模型，仿真实际换流阀的换相动态过程，从而确定交流系统故障是否会引起直流换相失败。这种方法虽然较为精确，但是由于受限于电网规模和仿真资源，其工程应用受到很大的限制。另一方面，BPA等电力系统暂态稳定仿真程序，也可以用来研究交直流的相互作用，其交流系统模型较为详细，直流系统则采用准稳态模型，计算效率比电磁暂态仿真程序高2~3个数量级，但是由于直流系统采用了较为简单的准稳态模型，其对直流换相失败的判断准度较差，工程实用性不够。因此，如何确定引起直流换相失败的交流系统故障范围目前仍缺乏一套简洁、高效且工程实用性较强的评估方法和系统。

现有方案一

基于PSCAD/EMTDC、RTDS等电力系统电磁暂态仿真程序，对交流系统进行一定程度的等值后，建立交直流互联电网的详细电磁暂态模型，其中换流器的详细模型可以仿真实际换流阀的换相动态过程，通过监测换流阀的电流曲线可以判定交流电网故障是否会引起直流换相失败，从而确定引起直流换相失败的交流系统故障范围。

现有方案二

基于BPA等电力系统暂态稳定仿真程序，在交流电网中不同位置设置不同类型故障，其中直流系统为准稳态模型，根据交流故障引起的换流母线电压幅值跌落计算换流阀的熄弧角，进而判断该交流故障是否会引起直流换相失败，从而确定引起直流换相失败的交流系统故障范围。

现有方案一的缺点：

基于PSCAD/EMTDC、RTDS等电磁暂态仿真确定交流系统故障是否会引起直流换相失败，是建立在对交流和直流系统详细建模的基础上，其计算过程耗时多，存取数据量大，数值稳定性要求高，且随着电网规模的扩大，计算耗时和数据存取成倍增加，即使是采用动态等值，对交直流互联大系统进行电磁暂态仿真也是不符合工程实际应用要求的。

现有方案二的缺点：

BPA等暂态稳定仿真程序由于直流系统采用了较为简单的准稳态模型，仅考虑了换流母线电压幅值跌落对换相失败的影响，导致其对直流换相失败的判断准度较差，特别是当交流系统发生不对称故障时，换流母线的电压不再对称，相位偏移对换相失败的作用不容忽略，则换相失败的判断准度会进一步降低，无法满足工程实用性的要求。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定引起直流换相失败的交流系统故障范围的方法及系统，旨在解决现有的计算过程耗时多，存取数据量大，数值稳定性要求高，判断准度较差的问题。

本发明的技术方案如下：一种确定引起直流换相失败的交流系统故障范围的方法，其包括以下步骤：

步骤S1、仿真准备，确定所要评估的交流电网范围和电网数据；

步骤S2、确定最小熄弧角；

步骤S3、利用电力系统短路电流计算程序对交流电网范围内的故障遍历，计算交流电网故障时换流母线的电压幅值和相角偏移；

步骤S4、根据换流阀的熄弧角与换流母线电压之间的关系计算出对应故障下的熄弧角，若其值小于熄弧角的整定值则判定引起直流换相失败，否则不会引起换相失败；

步骤S5、评估交流故障影响直流换相失败的范围，根据步骤S4的判别结果，将交流故障范围划分为必然会引起直流换相失败、可能会引起直流换相失败和必然不会引起直流换相失败三个方面，从而评估交流故障影响直流换相失败的范围。