[发明专利]基于回路电流法的直流电网短路电流计算方法

说明书

本发明涉及一种基于回路电流法的直流电网短路电流计算方法，属于柔性直流输电技术领域。在换流站闭锁前柔性直流电网单极接地故障和双极短路故障两种故障情况下的单端换流站等效方法，提出了电流回路的选取方法、完成了回路电流的建模与表达式的计算，并最终建立了任意一条直流线路短路电流的表达式，完成了整个直流电网短路电流的计算过程。可以应用于N端柔性直流电网的短路电流计算，用于揭示故障电流的变化规律，有助于更好地解决故障保护问题，无论是对于直流断路器技术指标的校验还是对于故障自清除能力子模块的阻断能力的研究都具有重大实用价值和意义。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种涉及柔性直流电网短路电流计算方法，尤指一种基于回路电流法的直流电网短路电流计算方法。

背景技术

2001年，德国学者R.Marquardt和A.Lesnicar提出模块化多电平换流器(modularmultilevel converter，MMC)，推动了高压直流输电(high voltage direct currenttransmission，HVDC)技术的发展。迄今为止，国内已投运的MMC-HVDC工程有：上海南汇示范工程、南澳工程、舟山工程和厦门工程等。这些工程都采用电缆输电，但与架空线相比，电缆造价高，故障多为永久性，不便于检修和维护。所以，将柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合是电网未来发展的一个趋势。此外，新能源电力需求不断增长，真双极结构的MMC-HVDC系统在高电压、大容量的输电场合发挥了较大的优势。目前，正在建设的张北500kV柔直工程便采用架空线输电，其换流站拓扑为真双极结构。

相对于电缆而言，架空线发生短路故障的机率较大，因此，故障清除和故障保护问题尤为重要。现有的故障清除方式中，直流断路器能够在很短的时间内切断故障电流，但在实际情况中，故障电流往往很大，而由于技术的限制，直流断路器开断电流的能力又有限。此外，由于采用了大量的电力电子器件，导致直流断路器成本很高。另一种方式是采用带有故障自清除能力的子模块，如全桥型子模块、箝位双子模块等。这类子模块能够通过自身产生一个反向电压，在短时间内阻断故障电流。但与半桥型子模块相比，这类子模块的电力电子器件数量和损耗均有所增加，经济性很大程度上限制了它们在实际工程中的应用。到目前为止，主要采用的是半桥型子模块与交流断路器配合的方式。此外，目前的短路故障研究主要针对两端柔性直流输电系统，并未对多端柔性直流系统组成的柔性直流电网进行短路电流的计算。研究直流电网的故障特性，能够揭示故障电流的变化规律，有助于更好地解决故障保护问题，无论是对于直流断路器技术指标的校验还是对于故障自清除能力子模块的阻断能力的研究都具有重大的意义，但此前并未形成完整的理论方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于回路电流法的直流电网短路电流计算方法，解决了现有技术存在的上述问题，填补行业空白。本发明分别提出了在换流站闭锁前柔性直流电网单极接地故障和双极短路故障两种故障情况下的单端换流站等效方法，并且以四端柔性直流电网为例介绍了直流电网短路电流的计算方法。此外，将本发明计算方法向N端换流站进行了扩展，最终提出了一套完成的短路电流计算方法，本发明方法可以应用于N端柔性直流电网的短路电流计算。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于回路电流法的直流电网短路电流计算方法，包括以下步骤：

(1)单端换流站的等效；

(2)柔性直流电网等效电路的形成；

(3)电流回路的选取；

(4)回路电流的建模与计算；

(5)直流线路短路电流的计算。

步骤(1)所述的单端换流站的等效，包含如下两种短路故障下真双极结构柔性直流电网单端换流站的等效方法：