直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法
【專利摘要】一種直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，步驟如下：1：根據(jù)短路故障發(fā)生地點(diǎn)，判斷是否有直流系統(tǒng)與其位于同一電氣島，若否，則直流系統(tǒng)不采取任何操作；2：若有直流系統(tǒng)與故障地點(diǎn)位于同一電氣島，則判斷故障持續(xù)時(shí)間是否小于直流系統(tǒng)100Hz諧波、零序電流和換相失敗保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，若是，進(jìn)入步驟5，否則進(jìn)入步驟3；3：在該島內(nèi)進(jìn)行交流母線短路電壓計(jì)算；4：根據(jù)短路故障類型判斷保護(hù)是否啟動(dòng)；5：根據(jù)故障信息，判斷是否直流線路安穩(wěn)控制策略需要啟動(dòng)。若是，則根據(jù)策略表執(zhí)行功率設(shè)定調(diào)整的操作。否則退出；本發(fā)明能夠回避利用仿真軟件對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行建模以及暫態(tài)仿真，并確保在模擬交直流系統(tǒng)故障時(shí)，直流輸電系統(tǒng)的響應(yīng)有足夠的精度。
【專利說明】直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)故障模擬分析【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直流輸電系統(tǒng)故障模 擬方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，如今大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的形式已逐漸形成。作為人類所 建立的最復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)之一，大電網(wǎng)在產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、提升運(yùn)行管理效率的同時(shí)，也 增加了自身的復(fù)雜性，使得波動(dòng)、事故容易帶來更加廣泛的影響和更加嚴(yán)重的后果。因此， 為了防范和減小事故造成的損失，電網(wǎng)的故障響應(yīng)模擬具有重要的意義。[0003]相比交流輸電,直流輸電具有如輸電功率大小及方向可以快速調(diào)節(jié)控制、運(yùn)行經(jīng) 濟(jì)性好和可分期建設(shè)等獨(dú)具優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓、長距離、大容量送電以及非同步聯(lián)網(wǎng)。 近年來，直流輸電線路投運(yùn)數(shù)量逐漸增多，如今，交直流混合系統(tǒng)已屢見不鮮。如我國，除華 北、華中電網(wǎng)外，其他區(qū)域電網(wǎng)均已通過直流實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。而在發(fā)生大停電事故的地區(qū)，也不 乏包含交流、直流兩個(gè)部分的電網(wǎng)。[0004]由于交直流系統(tǒng)聯(lián)系緊密，在混合系統(tǒng)中，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，二者之間的相互影響不 容忽視。電網(wǎng)的變化對(duì)故障響應(yīng)的模擬和分析提出了新的要求，必須認(rèn)真考慮其中直流的 因素。[0005]由于直流系統(tǒng)的控制部分較為復(fù)雜，大多數(shù)相關(guān)課題的學(xué)者在進(jìn)行故障模擬分 析時(shí)，選擇采用仿真軟件內(nèi)的直流系統(tǒng)模型或?qū)χ绷飨到y(tǒng)重新建模并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真計(jì)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”中對(duì)交直流系統(tǒng)的故障進(jìn)行模擬時(shí)，即為利用PSS/E中的直 流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行暫態(tài)仿真。但該模型中，直流系統(tǒng)閉鎖的判據(jù)單一，且含義不明。對(duì) 于實(shí)際的直流系統(tǒng)而言，存在許多能夠引發(fā)閉鎖的因素，譬如換相線電壓過零點(diǎn)偏移、零序 電流過大、IOOHz諧波幅值過高等，因此要求有更多的判據(jù)。此外，模型沒有考慮實(shí)際直流系 統(tǒng)中裝設(shè)的安穩(wěn)裝置的作用。同時(shí)，對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行較精確建模會(huì)導(dǎo)致仿真過程中計(jì)算量 大，使得仿真時(shí)間較長。因此需要一種直流輸電系統(tǒng)的故障模擬方法，這種方法考慮多種可 能引發(fā)直流系統(tǒng)閉鎖的情況，且在模擬直流輸電系統(tǒng)故障響應(yīng)的過程中不采用暫態(tài)仿真， 以減小計(jì)算量并縮短仿真的時(shí)間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種直流輸電系統(tǒng)故 障模擬方法，能夠回避利用仿真軟件對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行建模以及暫態(tài)仿真，并確保在模擬交 直流系統(tǒng)故障時(shí)，直流輸電系統(tǒng)的響應(yīng)有足夠的精度。[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0008]一種直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，包括如下步驟:[0009]步驟1:根據(jù)短路故障發(fā)生地點(diǎn)，判斷是否有直流系統(tǒng)與其位于同一電氣島，若否，則直流系統(tǒng)不采取任何操作；[0010]步驟2:若有直流系統(tǒng)與故障地點(diǎn)位于同一電氣島，則判斷故障持續(xù)時(shí)間是否小于直流系統(tǒng)IOOHz諧波、零序電流和換相失敗保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，若是，進(jìn)入步驟5，否則進(jìn)入步驟3 ;[0011]步驟3:在該島內(nèi)進(jìn)行交流母線短路電壓計(jì)算，得到直流系統(tǒng)整流側(cè)與逆變側(cè)的交流母線短路電壓；[0012]步驟4:根據(jù)短路故障類型判斷保護(hù)是否啟動(dòng)；[0013]I)發(fā)生單相或兩相短路接地故障時(shí)，若直流系統(tǒng)任一側(cè)交流母線電壓低于該種故障下的IOOHz過電流保護(hù)電壓啟動(dòng)值且故障持續(xù)時(shí)間長于保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，則閉鎖直流系統(tǒng)；若直流系統(tǒng)未閉鎖，再判斷此時(shí)換流變中性點(diǎn)零序過電流保護(hù)是否啟動(dòng)，啟動(dòng)則閉鎖直流系統(tǒng)；[0014]2)發(fā)生三相短路接地故障時(shí)，若直流系統(tǒng)逆變側(cè)交流母線電壓低于該保護(hù)的電壓啟動(dòng)值且故障持續(xù)時(shí)間長于保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，則閉鎖直流系統(tǒng)。[0015]步驟5:對(duì)于尚未閉鎖的直流系統(tǒng)，根據(jù)故障信息，判斷是否直流線路安穩(wěn)控制策略需要啟動(dòng)，若是，則根據(jù)策略表執(zhí)行功率設(shè)定調(diào)整的操作，否則退出。[0016]步驟2所述的計(jì)算交流母線短路電壓，計(jì)算的是三相短路情況下的各母線電壓， 具體方法如下:[0017]步驟1:忽略直流系統(tǒng)中直流線路，將交流部分線路形成導(dǎo)納陣，發(fā)電機(jī)部分以其次暫態(tài)電抗接地；[0018]步驟2:將直流線路等效為交流線路參數(shù)，加入導(dǎo)納陣，方法如下:[0019]設(shè)直流線路的整流側(cè)為i側(cè)，逆變側(cè)為j側(cè)，在已知直流線路兩側(cè)母線交流電壓 UiH 6以及兩側(cè)換流站吸收功率PpPpQiAj的情況下，利用以下公式(I)、公式(2)、公式(3)和公式(4)對(duì)直流線路進(jìn)行等效:[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，其特征在于:包括如下步驟:步驟1:根據(jù)短路故障發(fā)生地點(diǎn)，判斷是否有直流系統(tǒng)與其位于同一電氣島，若否，則直流系統(tǒng)不采取任何操作；步驟2:若有直流系統(tǒng)與故障地點(diǎn)位于同一電氣島，則判斷故障持續(xù)時(shí)間是否小于直流系統(tǒng)IOOHz諧波、零序電流和換相失敗保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，若是，進(jìn)入步驟5，否則進(jìn)入步驟 3 ；步驟3:在該島內(nèi)進(jìn)行交流母線短路電壓計(jì)算，得到直流系統(tǒng)整流側(cè)與逆變側(cè)的交流母線短路電壓；步驟4:根據(jù)短路故障類型判斷保護(hù)是否啟動(dòng)；1)發(fā)生單相或兩相短路接地故障時(shí)，若直流系統(tǒng)任一側(cè)交流母線電壓低于該種故障下的IOOHz過電流保護(hù)電壓啟動(dòng)值且故障持續(xù)時(shí)間長于保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，則閉鎖直流系統(tǒng)；若直流系統(tǒng)未閉鎖，再判斷此時(shí)換流變中性點(diǎn)零序過電流保護(hù)是否啟動(dòng)，啟動(dòng)則閉鎖直流系統(tǒng)；2)發(fā)生三相短路接地故障時(shí)，若直流系統(tǒng)逆變側(cè)交流母線電壓低于該保護(hù)的電壓啟動(dòng)值且故障持續(xù)時(shí)間長于保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，則閉鎖直流系統(tǒng)。步驟5:對(duì)于尚未閉鎖的直流系統(tǒng)，根據(jù)故障信息，判斷是否直流線路安穩(wěn)控制策略需要啟動(dòng)，若是，則根據(jù)策略表執(zhí)行功率設(shè)定調(diào)整的操作，否則退出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，其特征在于:步驟2所述的計(jì)算交流母線短路電壓，計(jì)算的是三相短路情況下的各母線電壓，具體方法如下:步驟1:忽略直流系統(tǒng)中直流線路，將交流部分線路形成導(dǎo)納陣，發(fā)電機(jī)部分以其次暫態(tài)電抗接地；步驟2:將直流線路等效為交流線路參數(shù)，加入導(dǎo)納陣，方法如下:設(shè)直流線路的整流側(cè)為i偵彳，逆變側(cè)為j側(cè)，在已知直流線路兩側(cè)母線交流電壓明、 ,1、以及兩側(cè)換流站吸收功率P1、Pp Qi^Qj的情況下，利用以下公式(I)、公式(2)、公式(3)和公式(4)對(duì)直流線路進(jìn)行等效:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，其特征在于:步驟4所述根據(jù)穩(wěn)控策略進(jìn)行功率調(diào)整的具體方法為:判斷安穩(wěn)裝置是否有對(duì)應(yīng)功率控制策略；若有，則依策略變功率運(yùn)行，若否，則判斷整流母線電壓是否降到極限值；若是，則將電流整定值降為90%或根據(jù)母線電壓、極限觸發(fā)角、電流整定值計(jì)算結(jié)果改變直流系統(tǒng)運(yùn)行功率，若否， 則直流系統(tǒng)運(yùn)行功率不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流輸電系統(tǒng)故障模擬方法，其特征在于:所述穩(wěn)控策略包括如下:O當(dāng)直流線路發(fā)生閉鎖，切除逆變側(cè)交流電網(wǎng)中的負(fù)荷；2)當(dāng)與直流線路并聯(lián)的交流線路發(fā)生故障導(dǎo)致傳輸停止時(shí)，啟動(dòng)直流系統(tǒng)的功率提升功能；3)當(dāng)整流站交流進(jìn)線故障或逆變側(cè)出線故障時(shí)，降低直流系統(tǒng)輸送功率。
【文檔編號(hào)】G06Q50/06GK103500261SQ201310497598
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】張振安, 張雪敏, 余曉鵬, 梅生偉, 劉巍, 李曉萌, 鐘雨芯, 饒宇飛, 張翔昱, 趙華, 梁易樂 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 清華大學(xué)