[发明专利]基于故障限流器的多馈入交直流输电系统的故障分区方法

说明书

本发明公开了一种提出了一种基于故障限流技术的故障分区方法来解决多馈入交直流输电系统的同时换相失败问题。其技术方案为：通过推导故障限流器的限流电抗值与目标母线的短路电流限流量和非故障处压降补偿量的关系，证明了故障限流器对补偿非故障相压降从而避免其换相失败的作用。采用关联度法和非支配排序遗传算法(NSGA‑II)进行多目标优化配置，实现了故障限流器的安装位置、数量和阻抗值的优化配置，从而实现了故障分区。最后，通过两条CIGRE推荐的直流单馈入标准模型结合IEEE39节点电网仿真验证了所述方法的有效性和可靠性，大大减少了配置的搜索空间，提高了经济性，避免了多馈入交流输电系统的同时换相失败。

技术领域

本发明涉及电力系统故障分析技术领域，特别是涉及基于故障限流技术的多馈入交直流输电系统的故障分区方法。

背景技术

在换流器中，退出导通的换流阀在反向电压作用的一段时间内如未能恢复阻断能力，或者在反向电压作用期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变为正向时，被换相的阀将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败。换相失败是直流系统最为常见的故障之一。而在多馈入交直流输电系统中，各逆变站间通过受端交流系统相互耦合，且电气距离较近，当某一系统发生故障时，可能引发各逆变站同时或相继换相失败。

多馈入交直流输电系统的同时换相失败问题目前并没有较好的解决办法。一般措施是改善直流系统的控制方式。一些学者提出柔性直流输电方式来克服换相失败问题。但这些方法只能减缓故障对每条直流换相失败的影响，而无法避免两条或多条直流系统同时发生换相失败。系统发生短路故障时，传统的做法是断路器动作，隔离故障，由此可能会导致负荷失去电源、电网解列，甚至系统失稳等严重后果。故障限流器可以在不改变电网结构以及系统运行方式下对短路电流进行限制，同时避免系统运行方式的改变带来交流系统的不稳定性。

故障限流器的工作原理为：系统正常运行时，限流器阻抗为零；短路故障发生时，线路电流迅速增大，安装在线路上的故障限流器的阻抗增大到一定值，从而限制短路电流的上升，起到隔离作用。故障消失后，故障限流器经过一段时间的延迟后阻抗恢复到零。

故障分区的基本思想就是利用故障限流器将直流多馈入受端系统划分为若干个相互之间由故障限流器隔开的同步运行区域，从而隔离故障，避免同时换相失败的发生。

发明内容

本发明分析并推导了故障限流器对限制短路电流及补偿非故障处压降的作用，提出通过关联度法及非支配排序遗传算法(NSGA-II)相结合的算法来优化配置故障限流器从而实现非故障处的压降补偿，避免发生同时换相失败。

本发明提出的一种基于故障限流技术的多馈入交直流输电系统的故障分区方法，包括：

步骤1：建立故障限流器前后的等效电路，得出补偿压降；

步骤2：通过关联度法选取安装故障限流器的候选支路；

步骤3：采用NSGA-II对FCL即故障限流器进行优化配置，针对步骤1中得到的约束条件，确定FCL的最少安装数量；

步骤4：结合步骤2求得到候选支路与步骤3中的最少安装数量，形成故障分区，求取Pareto最优解集X^*，即符合解空间内的非支配解的集合；

步骤5：当解集还包含其他解时，以投入经济性作为最优解的最后选取的标准。

进一步优选的技术方案，所述步骤1中建立故障限流器前后的等效电路，在节点i，j采用戴维南定理，得出的戴维南原理等效电路，其中X_ij,ij为等效电抗，则有，

其中，X_ij,ij为节点对(i,j)的自阻抗Z_ij,ij的虚部值，I_x为支路L_ij的短路电流，X为支路L_ij的电抗，