[发明专利]直流输电系统故障模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统故障模拟分析技术领域，具体涉及一种直流输电系统故障模拟方法。

背景技术

随着电力行业的不断发展，如今大规模互联电网的形式已逐渐形成。作为人类所建立的最复杂的工业系统之一，大电网在产生规模经济效益、提升运行管理效率的同时，也增加了自身的复杂性，使得波动、事故容易带来更加广泛的影响和更加严重的后果。因此，为了防范和减小事故造成的损失，电网的故障响应模拟具有重要的意义。

相比交流输电，直流输电具有如输电功率大小及方向可以快速调节控制、运行经济性好和可分期建设等独具优点，能够实现高电压、长距离、大容量送电以及非同步联网。近年来，直流输电线路投运数量逐渐增多，如今，交直流混合系统已屡见不鲜。如我国，除华北、华中电网外，其他区域电网均已通过直流实现互联。而在发生大停电事故的地区，也不乏包含交流、直流两个部分的电网。

由于交直流系统联系紧密，在混合系统中，当故障发生时，二者之间的相互影响不容忽视。电网的变化对故障响应的模拟和分析提出了新的要求，必须认真考虑其中直流的因素。

由于直流系统的控制部分较为复杂，大多数相关课题的学者在进行故障模拟分析时，选择采用仿真软件内的直流系统模型或对直流系统重新建模并进行动态仿真计算。Jingzhe Tu;Deqiang Gan;Huanhai Xin;Zhen Wang在“Cascading Failure and Blackout Risk Analysis of AC/DC Power System-The Impact of AC/DC Interconnection Mode and Capacity Distribution”中对交直流系统的故障进行模拟时，即为利用PSS/E中的直流系统准稳态模型进行暂态仿真。但该模型中，直流系统闭锁的判据单一，且含义不明。对于实际的直流系统而言，存在许多能够引发闭锁的因素，譬如换相线电压过零点偏移、零序电流过大、100Hz谐波幅值过高等，因此要求有更多的判据。此外，模型没有考虑实际直流系统中装设的安稳装置的作用。同时，对直流系统进行较精确建模会导致仿真过程中计算量大，使得仿真时间较长。因此需要一种直流输电系统的故障模拟方法，这种方法考虑多种可能引发直流系统闭锁的情况，且在模拟直流输电系统故障响应的过程中不采用暂态仿真，以减小计算量并缩短仿真的时间。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种直流输电系统故障模拟方法，能够回避利用仿真软件对直流系统进行建模以及暂态仿真，并确保在模拟交直流系统故障时，直流输电系统的响应有足够的精度。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流输电系统故障模拟方法，包括如下步骤：

步骤1：根据短路故障发生地点，判断是否有直流系统与其位于同一电气岛，若否，则直流系统不采取任何操作；

步骤2：若有直流系统与故障地点位于同一电气岛，则判断故障持续时间是否小于直流系统100Hz谐波、零序电流和换相失败保护的动作时间，若是，进入步骤5，否则进入步骤3；

步骤3：在该岛内进行交流母线短路电压计算，得到直流系统整流侧与逆变侧的交流母线短路电压；

步骤4：根据短路故障类型判断保护是否启动；

1）发生单相或两相短路接地故障时，若直流系统任一侧交流母线电压低于该种故障下的100Hz过电流保护电压启动值且故障持续时间长于保护启动时间，则闭锁直流系统；若直流系统未闭锁，再判断此时换流变中性点零序过电流保护是否启动，启动则闭锁直流系统；

2）发生三相短路接地故障时，若直流系统逆变侧交流母线电压低于该保护的电压启动值且故障持续时间长于保护启动时间，则闭锁直流系统。

步骤5：对于尚未闭锁的直流系统，根据故障信息，判断是否直流线路安稳控制策略需要启动，若是，则根据策略表执行功率设定调整的操作，否则退出。

步骤2所述的计算交流母线短路电压，计算的是三相短路情况下的各母线电压，具体方法如下：

步骤1：忽略直流系统中直流线路，将交流部分线路形成导纳阵，发电机部分以其次暂态电抗接地；

步骤2：将直流线路等效为交流线路参数，加入导纳阵，方法如下：