一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法

申请号 CN201710285879.2 申请日 2017-04-27 公开(公告)号 CN106953348A 公开(公告)日 2017-07-14
申请人 华南理工大学; 发明人 李海锋; 麦国浩; 郭彦勋; 李世波; 王钢;
摘要 本 发明 公开了一种含背靠背(BTB)直流输电的 电网 故障计算方法,包括下述步骤:输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数;确定故障侧网络拓扑结构及故障边界的交流、非故障侧交流系统的网络拓扑结构、两侧的直流系统的约束方程;建立两端的直流系统的换流器 电流 开关 函数模型和 电压 开关函数模型;结合故障侧交流约束方程、直流约束方程和换流器开关函数求解故障侧工频 母线 电压; 迭代 计算,当变量误差满足计算要求或迭代次数超出最大范围退出计算,输出BTB系统两端交流电网换流母线工频电压计算结果。本发明计算速度快、准确度高、适用性强,在含背靠背直流输电的交流电网故障计算及其继电保护的整定配合方面具有很强的工程实用价值。
权利要求

1.一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,包括下述步骤:
S1、输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数;
S2、由故障侧交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件形成故障侧交流系统约束方程,由非故障侧交流系统的网络拓扑结构形成该侧的交流系统约束方程,由两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程;
S3、故障侧和非故障侧换流母线电压为 其中k为迭代运算的次数;对全
部变量置初始值,即故障侧和非故障侧换流母线电压为
S4、根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发建立电压电流开关函数模型,求出电压、电流的开关函数 和
S5、由故障侧工频母线电压 结合换流器开关函数求得故障侧直流系统的电压直流分量 和二次谐波分量 从而求得直流侧电流的基频分量 和二次谐波分量S6、结合换流器开关函数以及非故障侧交流约束方程求得非故障侧工频母线电压并由此修正直流侧的基频分量 和二次谐波分量
S7、求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流
S8、根据注入故障侧交流电网中的电流 结合故障侧的交流约束方程可求得交流求得故障侧换流母线电压
S9、判断 与 的差值以及 与 的差值是否均满足收敛条件,
如不满足则把 分别代入 并重复S4~S9步,直至收敛或
达到最大迭代次数后退出计算,并输出计算结果。
2.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,步骤S2中,所述非故障侧交流约束方程中的序网络方程如下:
而故障边界条件方程则如式(2)所示:
式(1)、(2)构成了故障侧交流约束方程;以上两式中, 以及 分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量; 为交流电网等值电源的电流正序分量,分别为直流侧注入到交流电网的基频电流正序和负序分量; 和 分别为
故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量;
对于非故障侧的交流约束方程可根据其交流电网的拓扑结构和叠加原理得到如下表达式:
式(3)中, 为 单独作用时的交流电网工频序阻抗矩阵, 为 单独作用时交流电网工频正序导纳矩阵;
对于根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程表示如下:
Idi0=fi(Udi0)                         (4)
Idr0=fr(Udr0)                         (5)
以(4)、(5)中,Udi0、Idi0、Udr0、Idr0分别表示为整流侧直流电压和电流的直流分量,逆变侧的直流电压和电流的直流分量,其中下表中的下标“i”和“r”分别表示逆变侧和整流侧;
Ud0、Id0则泛指直流系统的电压直流分量以及电流直流分量。
3.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,步骤S3中,k为迭代运算的次数,当计算误差不满足要求时,k值加1,继续循环计算。
4.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,步骤S4中,根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型,所述换流器电压电流开关函数工频序分量的计算具体如下:
a)根据派克变换的定义,可将换流母线正、负、零序电压转换为a、b、c三相电压
式(6)中, 分别为换流母线的a、b、c相的基频相电压,a=ej2π/3;由相电压进而求得对应的基频线电压 和 进而求出同步电压相位的偏移
将 和 分别表示换相电压的α分量和β分量,通过下式(7)计算:
利用换相电压的α分量和β分量可求得直流控制系统同步电压的相位
将 的相位角表示为 的相位角表示为 的相位角表示为 由式(9)
可计算同步电压的相位偏移
式(9)中, 为ca相与同步电压的相位偏移, 为ab相与同步电压的相位偏移,为bc相与同步电压的相位偏移;
b)根据交流侧工频电压 和 直流侧电流直流分量Id0、和初始触发角α0,计算换流延迟导通角θmn、实际触发角αmn和实际的换相角μmn;
延迟导通角θmn的计算公式为:
式(10)中,xy=ab、bc、ca,其中a、b、c分别表示三相中的一相,下同;
实际触发角αxy的计算公式为:
式(10)和(11)中,各个角度以滞后为正,超前为负;
xy两相换相时换相角μxy的计算公式为:
-1
μxy=cos (cosαxy-2XrId0/Uxy1)-αxy        (12)
式(12)中,Xr为直流系统换流器的换相电抗;
c)根据θxy、αxy和μxy作出三相电压电流开关波形,通过该三相电压电流波形利用傅里叶级数推导出电压电流开关函数的各阶分量:
式(13)和(14)中, 分别为三相电压开关函数的k阶分量,
分别为三相电流开关函数的k阶分量,k=0,1,2,3……,T为2π;
建立电压电流开关函数的序分量 和
式中, 为abc三相电压开关函数的m-n次相量; 为其正、
负序分量; 为三相电流开关函数的n-m次相量; 为其正、负序
j2π/3
分量;m=0,1,2,3…,n=1,2,3…,a=e 。
5.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,在步骤S5中,由交流换流母线电压和电压开关函数求得直流电压的关系式为:
式(17)中, 为直流侧电压的m次相量;由此可求得直流系统的电压直流分量 和二次谐波分量 结合直流约束方程式(4)、式(5)可以求得直流侧电流的基频分量而直流侧的m次谐波电流可以由下式求得:
Zd(m)为交流侧看进去的直流侧等值谐波阻抗,其中m=2可以求得直流侧电流的二次谐波分量
6.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,在步骤S6中,由直流电流和电流开关函数求得交流电流的关系式为:
对于非故障侧,n=1,则有:
结合非故障侧的交流约束方程式(3)可以求得非故障侧的换流母线工频电压由此可以结合建立开关函数的具体步骤,修正非故障侧电压电流开关函数,进而结合计算步骤修正直流侧的基频分量 和二次谐波分量
7.根据权利要求6所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,在步骤S7中,根据式(19)可求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流
8.根据权利要求2所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,在步骤S8中,根据式(1)、式(2)可求得交流求得故障侧换流母线电压
9.根据权利要求1所述的一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,其特征在于,在步骤S9中,判断 与 的差值以及 与 的差值是否均满足收敛条
件,如不满足则把 分别代入 后进行下一次的迭代计算,
直至满足收敛条件或达到最大迭代次数后退出计算,并输出计算结果。

说明书全文

一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电系统故障计算方法的研究领域,具体涉及一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。

背景技术

[0002] 随着电压等级和建设规模与同类工程相比均为世界第一的鲁西背靠背直流工程开工建设,标志着我国背靠背工程的应用进入了新阶段。作为大电网间非同步联网的重要方式,背靠背直流可以有效降低两侧所连接电网间的相互影响;然而,与常规直流相比,背靠背直流由于无直流输电线路,使得其整流和逆变间的电气联系紧密,因而两侧交流系统间存在一定的故障相互作用。即在一侧交流电网发生故障时,通过与背靠背直流系统的交流-直流-交流的相互作用,对侧电网将受到一定的影响。因此,研究含背靠背直流的电网故障计算方法将为该类电网的故障分析奠定重要基础
[0003] 交直流系统间故障相互作用及其故障分析问题一直以来得到了专家学者的广泛关注,针对直流系统建模和故障计算方法等开展了相关的研究工作。在直流系统模型上,已有研究建立了基于开关函数的换流器模型;更进一步的研究工作则考虑了直流控制系统的故障响应,建立了直流系统等值模型;利用这些模型可实现交直流电网的故障计算。但是上述研究均是基于常规直流输电线路较长,一侧交流电网故障时只对本侧换流站造成影响,而另一侧换流站基本不受影响这一前提条件的。由于背靠背直流整流器和逆变器的电气联系非常紧密,上述只考虑故障侧换流站的分析方法并不适用于背靠背直流输电系统。而目前对于背靠背直流的研究则主要集中于对工程方案研究以及控制系统的分析与优化、交流侧保护性能分析以及背靠背直流换相失败原因分析等,尚无涉及到含背靠背直流的交直流电网故障分析。因此,有必要提出一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于填补本研究领域的空白,克服现有技术的缺点与不足,提出一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法。
[0005] 为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,包括下述步骤:
[0007] S1、输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数;
[0008] S2、由故障侧交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件形成故障侧交流系统约束方程,由非故障侧交流系统的网络拓扑结构形成该侧的交流系统约束方程,由两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程;
[0009] S3、故障侧和非故障侧换流母线电压为 其中k为迭代运算的次数;对全部变量置初始值,即故障侧和非故障侧换流母线电压为
[0010] S4、根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发建立电压电流开关函数模型,求出电压、电流的开关函数 和
[0011] S5、由故障侧工频母线电压 结合换流器开关函数求得故障侧直流系统的电压直流分量 和二次谐波分量 从而求得直流侧电流的基频分量 和二次谐波分量[0012] S6、结合换流器开关函数以及非故障侧交流约束方程求得非故障侧工频母线电压并由此修正直流侧的基频分量 和二次谐波分量
[0013] S7、求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流
[0014] S8、根据注入故障侧交流电网中的电流 结合故障侧的交流约束方程可求得交流求得故障侧换流母线电压
[0015] S9、判断 与 的差值以及 与 的差值是否均满足收敛条件,如不满足则把 分别代入 并重复S4~S9步,直至
收敛或达到最大迭代次数后退出计算,并输出计算结果。
[0016] 优选的,步骤S2中,所述非故障侧交流约束方程中的序网络方程如下:
[0017]
[0018] 而故障边界条件方程则式(2)所示。
[0019]
[0020] 式(1)、(2)构成了故障侧交流约束方程。以上两式中, 以及 分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量。 为交流电网等值电源的电流正序分量,分别为直流侧注入到交流电网的基频电流正序和负序分量; 和 分别为故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量;
[0021] 对于非故障侧的交流约束方程可根据其交流电网的拓扑结构和叠加原理得到如下表达式:
[0022]
[0023] 式(3)中, 为 单独作用时的交流电网工频序阻抗矩阵, 为 单独作用时交流电网工频正序导纳矩阵。
[0024] 对于根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程表示如下:
[0025] Idi0=fi(Udi0)  (4)
[0026] Idr0=fr(Udr0)  (5)
[0027] 式(4)、(5)中,Udi0、Idi0、Udr0、Idr0分别表示为整流侧直流电压和电流的直流分量,逆变侧的直流电压和电流的直流分量,其中下表中的下标“i”和“r”分别表示逆变侧和整流侧;Ud0、Id0则泛指直流系统的电压直流分量以及电流直流分量。
[0028] 优选的,步骤S3中,k为迭代运算的次数,当计算误差不满足要求时,k值加1,继续循环计算。
[0029] 优选的,步骤S4中,根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型,所述换流器电压电流开关函数工频序分量的计算具体如下:
[0030] a)根据派克变换的定义,可将换流母线正、负、零序电压转换为a、b、c三相电压
[0031]
[0032] 式(6)中, 分别为换流母线的a、b、c相的基频相电压,a=ej2π/3。由相电压进而求得对应的基频线电压 和 进而求出同步电压相位的偏移
[0033] 将 和 分别表示换相电压的α分量和β分量,通过式(7)计算:
[0034]
[0035] 利用换相电压的α分量和β分量可求得直流控制系统同步电压的相位[0036]
[0037] 将 的相位角为 的相位角为 的相位角为 由下式可计算同步电压的相位偏移
[0038]
[0039] 式(9)中, 为ca相与同步电压的相位偏移, 为ab相与同步电压的相位偏移, 为bc相与同步电压的相位偏移;
[0040] b)根据交流侧工频电压 和 直流侧电流直流分量Id0、和初始触发角α0,计算换流延迟导通角θmn、实际触发角αmn和实际的换相角μmn;
[0041] 延迟导通角θmn的计算公式为:
[0042]
[0043] 式(10)中,xy=ab、bc、ca,其中a、b、c分别表示三相中的一相,下同;
[0044] 实际触发角αxy的计算公式为:
[0045]
[0046] 式(10)和(11)中,各个角度以滞后为正,超前为负;
[0047] xy两相换相时换相角μxy的计算公式为:
[0048] μxy=cos-1(cosαxy-2XrId0/Uxy1)-αxy  (12)
[0049] 式(12)中,Xr为直流系统换流器的换相电抗;
[0050] c)根据θxy、αxy和μxy作出三相电压电流开关波形,通过该三相电压电流波形利用傅里叶级数推导出电压电流开关函数的各阶分量:
[0051]
[0052]
[0053] 式(13)和(14)中, 分别为三相电压开关函数的k阶分量,分别为三相电流开关函数的k阶分量,k=0,1,2,3……,T为2π;
[0054] 建立电压电流开关函数的序分量 和
[0055]
[0056]
[0057] 式(15)和(16)中, 为abc三相电压开关函数的m-n次相量; 为其正、负序分量; 为三相电流开关函数的n-m次相量;
为其正、负序分量;m=0,1,2,3…,n=1,2,3…,a=ej2π/3。
[0058] 优选的,步骤S5中,由交流换流母线电压和电压开关函数求得直流电压的关系式为:
[0059]
[0060] 式(17)中, 为直流侧电压的m次相量;由此可求得直流系统的电压直流分量和二次谐波分量 结合直流约束方程式(4)、式(5)可以求得直流侧电流的基频分量 而直流侧的m次谐波电流可以由下式求得:
[0061]
[0062] Zd(m)为交流侧看进去的直流侧等值谐波阻抗,其中m=2可以求得直流侧电流的二次谐波分量
[0063] 优选的,步骤S6中,由直流电流和电流开关函数求得交流电流的关系式为:
[0064]
[0065] 对于非故障侧,n=1,则有:
[0066]
[0067] 结合非故障侧的交流约束方程式(3)可以求得非故障侧的换流母线工频电压由此可以结合建立开关函数的具体步骤,修正非故障侧电压电流开关函数,进而结合计算步骤修正直流侧的基频分量 和二次谐波分量
[0068] 优选的,步骤S7中,根据式(19)可求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流[0069] 优选的,步骤S8中,根据式(1)、式(2)可求得交流求得故障侧换流母线电压[0070] 优选的,步骤S9中,判断 与 的差值以及 与 的差值是否均满足收敛条件,如不满足则把 分别代入 后进行下
一次的迭代计算,直至满足收敛条件或达到最大迭代次数后退出计算,并输出计算结果。
[0071] 本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
[0072] 1、本发明的研究对象为含背靠背直流输电系统的交流电网,填补了含背靠背直流输电系统交流电网故障计算方面研究的空白,为BTB系统的稳定运行及其继电保护的整定配合奠定了基础。
[0073] 2、本发明计及了故障侧交直流间相互作用的影响,同时考虑了在一侧交流电网故障时通过与背靠背直流系统的交流-直流-交流相互作用,对非故障侧电网造成的一定影响。通过传递回推过程对整个网络进行迭代计算,因此该故障计算方法能更切合实际情况。
[0074] 3、本发明计算速度快、准确度高,在含背靠背直流输电系统的交流电网故障计算及其继电保护的整定配合方面具有很强的工程实用价值。附图说明
[0075] 图1是本发明的流程图
[0076] 图2是本发明背靠背直流输电系统构成图;
[0077] 图3(a)是本发明BTB系统交流电网故障后故障侧交流电网正序的序网图;
[0078] 图3(b)是本发明BTB系统交流电网故障后故障侧交流电网负序的序网图;
[0079] 图3(c)是本发明BTB系统交流电网故障后故障侧交流电网零序的序网图;
[0080] 图3(d)是本发明BTB系统交流电网故障后非故障侧交流电网正序的序网图;
[0081] 图3(e)是本发明BTB系统交流电网故障后非故障侧交流电网负序的序网图;
[0082] 图4是本实施例中直流系统控制特性曲线。

具体实施方式

[0083] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
[0084] 实施例
[0085] 如图1所示,本发明一种含背靠背直流输电的电网故障计算方法,具体实现过程如下:
[0086] 步骤1:输入背靠背输电系统的系统参数及控制参数。
[0087] 步骤2:根据BTB系统交流电网的结构和参数,对于故障侧交流电网,结合交流系统的网络拓扑结构及故障边界条件可建立由交流系统决定的 与 的交流系统约束方程;对于非故障侧交流电网,结合交流系统的网络结构可以建立 与 的交流系统约束方程;而根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程;交流约束方程和直流约束方程明确了交流侧电压、电流间和直流侧电压、电流间的函数关系;所述非故障侧交流约束方程中的序网络方程如下:
[0088]
[0089] 而故障边界条件方程则如式(2)所示:
[0090]
[0091] 式(1)、(2)构成了故障侧交流约束方程。以上两式中, 以及 分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量。 为交流电网等值电源的电流正序分量,分别为直流侧注入到交流电网的基频电流正序和负序分量。 和 分别为故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量。对于非故障侧的交流约束方程可根据其交流电网的拓扑结构和叠加原理得到如下表达式:
[0092]
[0093] 式(3)中, 为 单独作用时的交流电网工频序阻抗矩阵, 为 单独作用时交流电网工频正序导纳矩阵。
[0094] 对于根据两侧的直流控制特性分别建立其直流侧直流电压和直流电流间的直流约束方程表示如下:
[0095] Idi0=fi(Udi0)  (4)
[0096] Idr0=fr(Udr0)  (5)
[0097] 式(4)和(5)中,Udi0、Idi0、Udr0、Idr0分别表示为整流侧直流电压和电流的直流分量,逆变侧的直流电压和电流的直流分量,其中下表中的下标“i”和“r”分别表示逆变侧和整流侧,如省略,即Ud0、Id0则泛指直流系统的电压直流分量以及电流直流分量。
[0098] 步骤3:令k=0,对全部变量置初始值,包括故障侧和非故障侧换流母线电压[0099] 步骤4:根据交流侧工频电压、直流侧电流直流分量、和初始触发角建立电压电流开关函数模型。更具体的,所述换流器电压电流开关函数工频序分量的计算具体如下:
[0100] a)根据派克变换的定义,可将换流母线正、负、零序电压转换为a、b、c三相电压:
[0101]
[0102] 式(6)中, 分别为换流母线的a、b、c相的基频相电压,a=ej2π/3。由此求得对应的基频线电压 和 进而求出同步电压相位的偏移
[0103] 设 和 分别表示换相电压的α分量和β分量,通过式(7)计算:
[0104]
[0105] 利用换相电压的α分量和β分量可求得直流控制系统同步电压的相位[0106]
[0107] 设 的相位角为 的相位角为 的相位角为 由式(9)可计算同步电压的相位偏移
[0108]
[0109] 式(9)中, 为ca相与同步电压的相位偏移, 为ab相与同步电压的相位偏移, 为bc相与同步电压的相位偏移;
[0110] b)根据交流侧工频电压 和 直流侧电流直流分量Id0、和初始触发角α0,计算换流阀延迟导通角θmn、实际触发角αmn和实际的换相角μmn;
[0111] 延迟导通角θmn的计算公式为:
[0112]
[0113] 式(10)中,xy=ab、bc、ca,其中a、b、c分别表示三相中的一相,下同;
[0114] 实际触发角αxy的计算公式为:
[0115]
[0116] 式(10)和(11)中,各个角度以滞后为正,超前为负;
[0117] xy两相换相时换相角μxy的计算公式为:
[0118] μxy=cos-1(cosαxy-2XrId0/Uxy1)-αxy  (12)
[0119] 式(12)中,Xr为直流系统换流器的换相电抗;
[0120] c)根据θxy、αxy和μxy作出三相电压电流开关波形,通过该三相电压电流波形利用傅里叶级数推导出电压电流开关函数的各阶分量:
[0121]
[0122]
[0123] 式(13)和(14)中, 分别为三相电压开关函数的k阶分量,分别为三相电流开关函数的k阶分量,k=0,1,2,3……,T为2π;
[0124] 建立电压电流开关函数的序分量 和
[0125]
[0126]
[0127] 式(15)和(16)中, 为abc三相电压开关函数的m-n次相量; 为其正、负序分量; 为三相电流开关函数的n-m次相量;
为其正、负序分量;m=0,1,2,3…,n=1,2,3…,a=ej2π/3。
[0128] 步骤5:由交流换流母线电压和电压开关函数求得直流电压的关系式为:
[0129]
[0130] 式(17)中, 为直流侧电压的m次相量;由此可求得直流系统的电压直流分量和二次谐波分量 结合直流约束方程式(4)、式(5)可以求得直流侧电流的基频分量 而直流侧的m次谐波电流可以由下式求得:
[0131]
[0132] Zd(m)为交流侧看进去的直流侧等值谐波阻抗,令m=2可以求得直流侧电流的二次谐波分量
[0133] 步骤6:由直流电流和电流开关函数求得交流电流的关系式为:
[0134]
[0135] 对于非故障侧,令n=1,则有:
[0136]
[0137] 结合非故障侧的交流约束方程式(3)可以求得非故障侧的换流母线工频电压由此可以结合建立开关函数的具体步骤,修正非故障侧电压电流开关函数,进而计算步骤修正直流侧的基频分量Id(0)和二次谐波分量
[0138] 步骤7:根据式(19)可求得直流侧注入到故障侧交流电网中的电流 根据式(1)、式(2)可求得交流求得故障侧换流母线电压
[0139] 步骤8:判断 与 的差值以及 与 的差值是否均满足收敛条件,如不满足则把 分别代入 后进行下一次的迭代
计算,直至满足收敛条件或达到最大迭代次数后退出计算,并输出计算结果。
[0140] 图2为是本发明中背靠背直流输电系统构成图,由图可知背靠背直流输电系统的主要元件包括两端的换流母线、换流变压器、整流器和逆变器,同时两端的交流母线上均配备了较完备的滤波器和无功补偿装置。整流侧与逆变侧之间并没有输电线路,仅通过平波电抗器连接。
[0141] 本实施例基于PSCAD/EMTDC建立了灵宝背靠背直流输电工程直流系统模型。灵宝背靠背的额定容量为360MW,额定电压等级为120kV,额定电流为3000A,平波电抗器为120mH,整流侧换流母线电压为330kV,逆变侧换流母线电压为220kV。对于图2的BTB系统结构图,在某一侧交流电网发生故障时可得到故障侧和非故障侧交流电网序网图如图3(a)-3(e)示。图3(a)-3(e)中, 以及 分别为故障侧换流母线基频电压的正序、负序和零序分量。 为交流电网等值电源的电流正序分量, 分别为直流侧注入到故障侧交流电网的基频电流正序和负序分量。 和 分别为故障处的故障电流的正序分量、负序分量以及零序分量。 分别为直流侧注入到故障侧交流电网的基频电流正序和负序分量。图3(a)-3(e)中,BTB系统的参数为:
单位为kV;
单位Ω。
[0142] 本实施例中的直流控制系统特性曲线如图4所示。对于不同区域的控制函数可以用分段函数表示。图中的细实线A-I是整流器运行于最小触发角αmin控制时逆变侧控制器的稳态运行特性曲线,粗实线A-Z是逆变器运行于定关断角γ0控制时整流侧控制器的稳态运行特性曲线。因此,直流系统的直流电压与电流的约束方程具体表达式如下:
[0143] 整流侧:
[0144]
[0145]
[0146] 根据上述的参数可以建立系统的交流约束方程和直流约束方程。令k=0,设置全部变量初始值为稳态运行值,即直流电压均为Ud=1.0,直流电流均为Id=1.0(标幺值)。
[0147] 按照步骤4~步骤9逐步进行计算,设置误差为前后两次换流母线电压差值不超过0.001,经过多次迭代计算得出本计算方法的计算结果。
[0148] 算例一:设置为整流侧交流电网换流母线发生单相接地故障,故障电阻分别为30Ω、50Ω;两相短路故障,故障电阻分别为30Ω、50Ω;两相短路接地故障,故障电阻分别为30Ω、70Ω,计算故障后稳态换流母线的正序、负序和零序电压,本算法计算结果和PSCAD/EMTDC仿真软件的仿真结果如表1所示。
[0149] 表1灵宝背靠背直流模型整流侧不对称故障换流母线电压计算与仿真结果[0150]
[0151] 算例二:设置为逆变侧交流电网换流母线发生单相接地故障,故障电阻分别为50Ω、70Ω;两相短路故障,故障电阻分别为50Ω、70Ω;两相短路接地故障,故障电阻分别为50Ω、70Ω,计算故障后稳态换流母线的正序、负序和零序电压,本算法计算结果和PSCAD/EMTDC仿真软件的仿真结果如表2所示。
[0152] 表2灵宝背靠背直流模型逆变侧不对称故障换流母线电压计算与仿真结果[0153]
[0154]
[0155] 从上表1和表2可知,本算法在不同侧故障、同侧不同类型故障以及相同故障不同过渡电阻下的计算结果与仿真模型仿真值间的误差均很小,由此说明本计算方法计算准确度高,能适用于各种短路故障,且计算速度快,是一种实用性较强的含背靠背直流输电的电网故障计算方法。
[0156] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
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