CN109672181A - 一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，通过支路开断分布因子快速计算直流近区交流线路开断故障后其余线路的负载率，选择故障后负载率最大的线路作为后继故障线路，滚动计算连锁故障过程中直流系统的多馈入有效短路比，当故障后多馈入短路比降低至阈值以下时判断直流系统退出运行，完成连锁故障集的构建。本发明可以有效地对交直流混联电网中可能诱发直流系统退出运行的交流故障进行严重性排序并进行后续严重故障的预测。

Description

一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法

技术领域

本发明涉及一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，属于电力系统及自动化技术领域。

背景技术

交直流混联系统中，交流系统同直流系统交互作用复杂。直流输电系统逆变侧换相失败，特别是持续的换相失败将会导致直流闭锁，对受端交流系统产生巨大的冲击。交流系统发生连锁故障时，大范围的潮流转移和关键母线电压的持续跌落会使得逆变侧换流母线电压严重跌落、短路比指标持续降低，将导致逆变侧持续换相失败，而引发直流闭锁，甚至造成大停电事故的发生。

直流输电系统的输送能力受制于所连交流系统的强度，多馈入有效短路比可以反映多馈入直流条件下交流系统网络结构的强弱。采用短路比定量评价交流电网的强弱，可为电网规划方案优化选择以及电网运行方式安排提供参考。

交流系统连锁故障的传播通常与线路故障后系统潮流转移情况有关，受潮流转移影响较大的线路通常可作为后续故障线路。支路开断分布因子可应用于评估故障后潮流转移情况，可以快速判断电网因1条或几条支路开断而引起的有功潮流变化情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，可以有效地对交直流混联电网中可能诱发直流系统退出运行的交流故障进行排序并进行后续故障预测。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，包括以下步骤：

1)计算全接线方式下直流系统的多馈入有效短路比；

2)以就近原则选择直流落点近区交流线路作为故障设备集合S；

3)计算故障设备集合S中第i条线路故障后直流系统的多馈入有效短路比；

4)对故障前后多馈入有效短路比的变化量进行排序，选择导致多馈入有效短路比下降量最大的线路故障加入连锁故障集合F；然后判断所述步骤3)计算的多馈入有效短路比是否小于阈值，如果是，则连锁故障集合F生成结束，退出程序，否则转入步骤5)；

5)计算故障设备集合S中第i条线路故障后，其它线路相对于故障线路的支路开断分布因子；

6)计算第i条线路故障后其它线路的负载率；

7)选择所述步骤6)计算的负载率中负载率最大的线路加入故障设备集合S，然后转入步骤2)。

前述的步骤1)中，全接线方式下直流系统的多馈入有效短路比ESCR₀计算如下：

其中，S_aco为逆变站母线在系统当前运行方式下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j为其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z₀为所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗，n为直流数量。

前述的步骤3)中，第i条线路故障后直流系统的多馈入有效短路比ESCR_i计算如下：

其中，S_acoi为逆变站母线在第i条线路故障后网架下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j,i为第i条线路故障后其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z_0,i为第i条线路故障后所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗。

前述的步骤4)中，阈值选取为2。

前述的步骤5)中，支路开断分布因子计算如下：

其中，BDF_j,i为第i条线路故障后第j条线路相对于第i条故障线路的支路开断分布因子，X_j为线路j的电抗值，M_j为线路j的节点关联矢量，η_j＝X_jM_j。

前述的步骤6)中，第i条线路故障后其它线路的负载率计算如下：

其中，LF_j,i为第i条线路故障后第j条线路的负载率，LF_0,i和LF_0,j为线路i和线路j在线路i断开前的负载率，P_Ni和P_Nj为线路i和线路j热稳定极限。

本发明所达到的有益效果为：

本发明有效融合故障后潮流转移快速评估和交流系统短路比滚动评估，可以实现交流电网连锁故障合理构建，评估其引发交直流混联受端电网直流系统持续换相失败退出运行的风险。通过支路开断分布因子计算并比较交流系统故障后其余线路的负载率，可以有效缩小后续连锁故障的筛选范围。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：通过时域仿真计算全接线方式下，直流系统的多馈入有效短路比ESCR₀，计算公式如下：

其中，S_aco为逆变站母线在系统当前运行方式下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j为其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z₀为所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗，n为直流数量。

步骤2：以就近原则选择直流落点近区交流线路作为故障设备集合S。

步骤3：计算故障设备集合S中第i条线路故障后，直流系统的多馈入有效短路比ESCR_i，计算公式如下：

式中，S_acoi为逆变站母线在第i条线路故障后网架下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j,i为第i条线路故障后其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z_0,i为第i条线路故障后所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗。

步骤4：，对故障前后多馈入有效短路比的变化量|ESCR_i-ESCR₀|进行排序，选择导致多馈入有效短路比下降量最大的线路故障加入连锁故障集合F；判断多馈入有效短路比ESCR_i是否小于阈值，如果是，则连锁故障集合F生成结束，退出程序，否则转步骤5。多馈入有效短路比可反映交流网架的强弱，一般低于2为极弱交流系统，无法支撑直流运行，会导致直流系统退出运行，步骤4中的阈值取2。

步骤5：计算故障设备集合S中第i条线路故障后，其它线路相对于故障线路的支路开断分布因子BDF_j,i；BDF_j,i为第i条线路故障后第j条线路相对于第i条故障线路的支路开断分布因子，支路开断分布因子BDF_j,i的计算公式如下：

式中，X_j为线路j的电抗值；M_j为线路j的节点关联矢量；η_j＝X_jM_j。

步骤6：计算第i条线路故障后其它线路的负载率LF_j,i，计算公式如下：

式中，LF_0,i和LF_0,j为线路i和线路j在线路i断开前的负载率；P_Ni和P_Nj为线路i和线路j热稳定极限。

步骤7：选择第i条线路故障后，负载率最大的线路加入故障设备集合S，然后转入步骤2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计算全接线方式下直流系统的多馈入有效短路比；

2)以就近原则选择直流落点近区交流线路作为故障设备集合S；

3)计算故障设备集合S中第i条线路故障后直流系统的多馈入有效短路比；

4)对故障前后多馈入有效短路比的变化量进行排序，选择导致多馈入有效短路比下降量最大的线路故障加入连锁故障集合F；然后判断所述步骤3)计算的多馈入有效短路比是否小于阈值，如果是，则连锁故障集合F生成结束，退出程序，否则转入步骤5)；

5)计算故障设备集合S中第i条线路故障后，其它线路相对于故障线路的支路开断分布因子；

6)计算第i条线路故障后其它线路的负载率；

7)选择所述步骤6)计算的负载率中负载率最大的线路加入故障设备集合S，然后转入步骤2)。

2.根据权利要求1所述的一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，所述步骤1)中，全接线方式下直流系统的多馈入有效短路比ESCR₀计算如下：

其中，S_aco为逆变站母线在系统当前运行方式下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j为其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z₀为所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗，n为直流数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，所述步骤3)中，第i条线路故障后直流系统的多馈入有效短路比ESCR_i计算如下：

其中，S_acoi为逆变站母线在第i条线路故障后网架下的三相短路容量，P_d为所研究直流的运行功率，Q₀为所研究直流的无功补偿容量，P_j为其它第j回直流的运行功率，Z_j,i为第i条线路故障后其它第j回直流换流站交流母线节点相对所研究直流换流站交流母线节点的互阻抗，Z_0,i为第i条线路故障后所研究直流换流站交流母线节点的自阻抗。

4.根据权利要求1所述的一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，所述步骤4)中，阈值选取为2。

5.根据权利要求1所述的一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，所述步骤5)中，支路开断分布因子计算如下：

其中，BDF_j,i为第i条线路故障后第j条线路相对于第i条故障线路的支路开断分布因子，X_j为线路j的电抗值，M_j为线路j的节点关联矢量，η_j＝X_jM_j。

6.根据权利要求1所述的一种基于短路比评估直流退出运行的连锁故障集建立方法，其特征在于，所述步骤6)中，第i条线路故障后其它线路的负载率计算如下：

其中，LF_j,i为第i条线路故障后第j条线路的负载率，LF_0,i和LF_0,j为线路i和线路j在线路i断开前的负载率，P_Ni和P_Nj为线路i和线路j热稳定极限。