CN110108921B - 考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出了考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统，包括：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。本公开所提的短路电流计算方法适应性好，能够处理各种类型的故障和适应各种网络拓扑结构、各种换流站主接线方式。

Description

考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统

技术领域

本公开涉及电网技术领域，特别是涉及考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法及系统。

背景技术

随着能源革命的发展，将大量可再生能源输送到负荷中心的需求(例如：需要将我国西北部的清洁能源输送到东南沿海负荷中心)迫使电网去升级其可控性和与容量。高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)，尤其是基于电压源型换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter-Based HVDC，VSC-HVDC)被广泛地看作是一个最有前景的解决方案。VSC-HVDC的可向无源系统供电、控制灵活等特点使得其非常适合大规模可再生能源的并网，并且其极易形成多端柔性直流电网(VSC-Based Multi-Terminal DirectCurrent，VSC-MTDC)。在VSC的各种拓扑结构中，模块化多电平换流器(Modular MultilevelConverter，MMC)是最有吸引力的一种，这是由于其开关损耗低、波形质量高等优势。基于MMC的柔性直流(MMC-Based MTDC，MMC-MTDC)电网逐渐成为柔性直流输电的研究热点。

短路故障是MMC-MTDC电网中的一个关键事件。为了可靠切除故障线路，需要设计直流电网的保护系统、选择合适的断路器和限流电抗器。而这些工作的基础都是直流电网的短路电流计算。所以研究对柔性直流电网进行短路电流计算的准确、高效方法具有重要意义。

传统的计算柔性直流电网短路电流的方法都是通过详细地电磁暂态仿真，这是由于其可以提供最准确的短路电流。但是这种方法，计算效率低、建模难度大。

发明人在研究中发现，为了提高目前的电磁暂态仿真方法的计算效率，《A Pole-to-Pole Short-Circuit Fault Current Calculation Method for DC Grids》(定义为文献1)和《Fault Current Estimation in Multi-Terminal HVDC Grids Considering MMCControl》(定义为文献2)两篇文献研究了基于数值积分的多端柔性直流电网的短路电流计算方法。其首先对柔性直流电网进行简化的到等效电路，并建立其微分-代数方程，然后利用了数值积分法对方程进行了求解。虽然这两篇文献所提方法的计算效率相对于电磁暂态仿真有了极大的提升，但是仍然存在以下问题：

(1)首先，两种方法的适应性不足，其不能处理涉及到地的单极短路故障。

(2)其次，其利用数值积分法对直流电网等效电路的微分-代数方程组进行求解，这种数值积分方法的计算效率不高，这两种方法效率高的原因是对直流电网进行了等效。

(3)第三，这两种方法中有大量的矩阵运算，需要对直流电网微分-代数方程组中的代数变量进行消去处理。

综上所述，现有技术中的柔性直流电网短路电流计算方法存在适应性差、计算效率低、求解过程困难的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其具有适应性好、计算效率高，求解简单的效果。

本说明书实施方式提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，通过以下技术方案实现：

包括：

将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。

进一步的技术方案，直流网络的等效电路分为三层：正极层、DMR层和负极层，在建立柔性直流电网短路后等效电路的过程中，直流电网中的线路采用Π形等效电路表示，若线路为架空线，将Π形等效电路中的电容看作是0，也就是等效成一个RL支路。

进一步的技术方案，在建立柔性直流电网短路后等效电路的过程中，不与换流器直接相连的中间节点看作为没有RLC支路连接的换流站。

进一步的技术方案，采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，具体步骤为：

对柔性直流电网等效电路中的各元件动态方程进行差分化得到其伴随电路，进而得到整个柔性直流电网的伴随电路模型；

根据柔性直流电网的伴随电路模型，建立柔性直流电网伴随电路的节点电压方程；

建立伴随电路的节点电压方程并进行求解，得到直流电网短路时的支路电流和节点电压。

进一步的技术方案，采用后退欧拉法或者隐式梯形法方法对等效电路中各元件的动态方程差分化，得到各支路的诺顿等效电路。

进一步的技术方案，根据所得到的支路诺顿等效电路，建立柔性直流电网的伴随电路，并由该等效电路得到网络的节点电压方程。

进一步的技术方案，在建立直流电网伴随电路节点方程过程时，若柔性直流电网拓扑结构为伪双极且直流架空线路表示为RL支路时，直流电网的节点导纳矩阵是一个奇异矩阵，节点方程不可解，将故障点作为参考节点，因为其实际电压是0，还需将节点导纳矩阵和节点电压向量中对应故障点的行和列去掉。

进一步的技术方案，对伴随电路的节点电压方程的求解包括：初始化、形成节点导纳矩阵、短路电流计算；

初始化时，首先输入进行直流电网数据；然后，计算直流电网的潮流，以得到节点电压和支路电流的初值；

通过对伴随电路节点电压方程和控制方程的循环就得到直流电网的短路电流。

进一步的技术方案，通过对伴随电路节点电压方程和控制方程的循环就可以得到直流电网的短路电流，包括：

计算注入电流向量和历史电流源向量、求解直流电压、求解支路电压；

然后根据网络方程和控制方程迭代求解得到节点电压向量U；

最后，由各支路的动态方程求得本时刻的各元件的电压和电流并对其进行存储，以供在下一次循环中计算支路的历史电流源时使用；

每一次循环后判断此次循环结束时的时间是否到达系统给定的终止时间，若没有，则进入下一次循环求解；若已经到达，则网络方程的求解完成，短路电流计算的过程结束。

本说明书实施方式提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算系统，通过以下技术方案实现：

包括：

等效电路建立模块，被配置为：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

短路电流求解模块，被配置为：采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。

本说明书实施方式提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

本说明书实施方式提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开所提的短路电流计算方法适应性好，能够处理各种类型的故障和适应各种网络拓扑结构、各种换流站主接线方式。

(2)本公开所提的短路电流计算方法准确度高，这是因为考虑了换流器的控制。

(3)本公开所提短路电流计算方法更加高效、计算速度快，避免了电磁暂态建模的困难；

(4)本公开所提的短路电流计算方法简单，易于计算机高效实现。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1(a)为本公开实施例子的MMC结构；

图1(b)为本公开实施例子的MMC结构的等效电路；

图2为本公开实施例子的换流器的控制器原理；

图3为本公开实施例子的线路用不同模型表示时的短路电流；

图4(a)为本公开实施例子的四个实际换流站；

图4(b)-图4(c)为本公开实施例子的环形四端柔性直流电网等效电路图；

图5(a)为本公开实施例子的RLC支路电路；

图5(b)为本公开实施例子的RLC支路的诺顿等效电路；

图6为本公开实施例子的含金属回线的真双极柔性直流电网伴随电路模型；

图7为本公开实施例子的短路电流计算流程；

图8为本公开实施例子的四端环形真双极柔性直流电网；

图9为本公开实施例子的方法、文献1、文献2中的方法、电磁暂态仿真所得到的极对极短路时的支路电流。

图10为本公开实施例子的方法、文献2中的方法、电磁暂态仿真所得到的极对极短路的节点电压。

图11为本公开实施例子的方法、文献2中的方法、电磁暂态仿真所得到的极对金属回线短路时的短路电流。

图12为本公开实施例子的方法、文献2中的方法、电磁暂态仿真所得到的极对金属回线短路的节点电压。

图13为本公开实施例子的方法与电磁暂态仿真所得到的极对地短路和极对金属回线接地短路故障时的短路电流。

图14为本公开实施例子的方法与电磁暂态仿真所得到的极对地短路和极对金属回线接地短路故障时的节点电压。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例子一

该实施例公开了考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，包括：

步骤(1)：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网线路用集中参数模型表示。基于此，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

步骤(2)：采用伴随电路法对步骤(1)中所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。

首先对柔性直流电网等效电路中的各元件动态方程进行差分化得到其伴随电路，进而得到整个柔性直流电网的伴随电路模型；然后根据柔性直流电网的伴随电路模型，建立柔性直流电网伴随电路的节点电压方程；最后对节点电压方程进行求解，得到直流电网短路时的支路电流和节点电压。

其中，步骤(1)：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网线路用集中参数模型表示。基于此，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

直流电网的短路电流由两部分合成，一是直流电网的换流器的放电电流，二是交流侧的馈入电流。在计算柔性直流电网的短路电流时，可以将图1(a)所示的换流站等效为图1(b)所示的等效电路。这个等效电路是由一个受控电流源(代表交流侧馈入电流)与一个RLC串联支路(代表换流器的放电)组成的并联电路。其中：I_dc为MMC的直流侧注入电流。R₀和L₀分别是桥臂电阻和电感。图1(b)中RLC支路的等效电阻、电感、电容R_c、L_c、C_e可以由式(1)得到：

式中：R_on为桥臂导通电阻，N_SM和C_SM分别是子模块个数和子模块电容大小。直流电网换流站的交流注入电流可以表示为式(2)。

式中：U_dc是直流电压，P_dc是直流功率。P_dc可以由外环控制器得到。下面详细叙述如何得到换流站的直流功率。

通常，MMC的控制器包含调制环节、内环控制器和外部控制器，如图2所示。在这些控制回路的dq变换中，都采用的是理想PLL，假设d轴始终跟踪交流系统，即Usq＝0。在图2中，外环控制的设计目的是为内环控制提供参考值，内部电流控制器用来调节MMC输出的交流电流跟踪外环电流参考值。在计算受控电流源时，调制环节、内环控制器和MMC的动态特性可以完全忽略，即认为换流器输出电流i_sd(i_sq)和内环电流参考值i_sdref(i_sqref)是相同的。基于此，各换流站的功率计算方法如式(3)-(6)所示。

在计算受控电流源时，对于定直流电压控制换流站，其认为短路电流计算时该换流器的直流功率等于d轴电压与d轴内环电流参考值的乘积。

忽略换流器的损耗，换流器的直流功率可以认为与交流功率相等。

P_dc＝P_s (3)

对于直流电压控制换流站，P_s可以表示为：

P_s＝1.5(U_sdi_sd+U_sqi_sq) (4)

式中：U_sd、U_sq分别是d轴和q轴的电流。在控制器中，由于采用的是理想的PLL，可以认为U_sq为0。所以P_s可以表示为：

P_s＝1.5U_sdi_sd＝1.5U_sdi_sdref (5)

其中：i_sdref可以由(6)计算得到。

i_sdref＝k_up(U_dc-U_dcref)+k_ui∫(U_dc-U_dcref)dt (6)

对于定有功功率控制换流站，由于比例积分控制器的作用，在短路电流计算时，P_dc可以认为与交流有功功率参考值相等。

P_s＝P_sref (7)

式中：P_sref是换流站的参考功率。

柔性直流电网中的直流输电线路可以是电缆或架空线路。尤其是后者，更适合于输送大容量功率。众所周知，输电线路可采用集中Π形(包括RL)等效模型以及分布式贝瑞隆和频率相关模型进行建模。为了比较的目的，在PSCAD中分别用四种模型对一条传输线进行建模，并对短路电流进行了计算，如图3所示。采用四种模型分别对输电线路进行了建模，计算了故障电流，如图3所示。可以发现，Π形等效电路和Bergeron模型基本一致。它们可以看作是线路依频特性的平均近似。实际上，Π形等效电路和依频模型之间的差别是由于忽略了频率对线路参数的影响，考虑到输电线路II型等效模型的足够精度，本公开采用II型等效模型对直流电网短路电流进行计算。

在上述基础上，可以很容易地得到出双极MMC-MTDC电网的等效电路。不失一般性，图4(a)-图4(c)给出了一个含金属回线(Dedicated Metallic Return，DMR)的四端双极MMC-MTDC电网的电路。在图4(a)，s₁、s₂、s₃和s₄分别表示表示四个换流站。在图4(b)中，可以看出直流网络的等效电路分为三层：正极层、DMR层和负极层。正极层包含正极线路和正极换流器，负极层包含负极线路和负极换流器，DMR层包含各金属回线线路。对于含DMR的双极MMC-MTDC电网，一般只有一个接地点，接地点在一个DMR节点。具体地说，在图4(b)中，接地点是换流站3处的DMR节点。对于图4(b)所示的符号，上标p、m和n分别代表正极、DMR和负极。例如，

和

表示的是线路i-j正极电阻和电感；

和

为换流站i正极MMC的等效电阻、电感和电容。

是正极MMC的交流馈入电流(如式(2)所示)。金属回线和负极的符号定义与正极一致。需要注意的是，对于没有连接换流器的中间连接节点，它没有RLC的连接，其换流站等效电容电感等可以设为0。

图4(b)所示的含DMR的双极MMC-MTDC电网的等效电路，为步骤(2)奠定了基础。为了高效地计算MMC-MTDC电网的短路电流，步骤(2)对图4(b)所示的等效电路进行了离散化。

步骤(2)：采用伴随电路法对步骤(1)中所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流和节点电压；

步骤(2.1)：对直流电网等效电路进行离散化；

具体地，在所述步骤(2.1)中，可以利用隐式梯形法和后退欧拉法对图4(b)所示的双极柔性直流电网等效电路中元件的动态方程进行离散化，进而得到一组差分方程。其中，本公开利用数值稳定性好、实现简单的后退欧拉法对元件进行离散化。

图4(b)所示的MTDC电网等效电路中，R、L以RL串联支路出现。为了减少节点方程的个数，提高计算效率，可以将该串联支路看作是单个元件。此时，MTDC电网中的支路可分为两类：RL和C(并联电容)。它们的动态方程可以表示如下：

式中：R、L、C是分别支路的电阻、电感和电容。i_ij为支路i-j的电流，u_i和u_j是支路两端的电压。利用后退欧拉法，可以得到上式的离散化形式：

其中：G_RL、G_c为各支路的等效电导，I_RL、I_c为各支路的历史电流源，Δt为积分步长；t为目前积分时刻。它们可以分别表示为：

根据式(9)可以建立C和RL两种支路的诺顿电路，以RL支路为例，其诺顿等效电路如图5(a)-图5(b)所示。

步骤(2.2)：根据步骤(2.1)建立双极MMC-MTDC电网的伴随电路模型，然后根据伴随电路模型建立直流电网的节点电压方程。

具体地，在所述步骤(2.2)建立MMC-MTDC电网的伴随电路模型过程中，将图4(b)所示的电路中的各支路都表示为诺顿电路后，就可以很方便地建立含DMR的双极MMC-MTDC电网的伴随电路模型，如图6所示。

根据图6所示的伴随电路模型，可以建立伴随电路的节点电压方程：

GU(t)＝I_hist(t)+i_sc(t) (12)

式中：G是节点电导矩阵，U(t)是节点电压，I_hist(t)是历史电流源向量，i_sc(t)节点注入电流向量。它们的元素如下所示。

列写直流电网伴随电路模型的节点电压方程时，方程中包含了节点注入电流向量。

假设直流电网中有n个换流站，所以G是一个3n×3n的对称矩阵：

式中：

式中：

和

是直流线路RL支路和C支路对应的电导矩阵。

和

分别表示换流器的RL支路和C支路对应的等效电导矩阵。它们可以表示如下：

式中：

和

是线路的电阻和电感；C_ij是线路的对地电容；

和

表示换流站的等效电路的电阻、电感和电容。

类似的，可以很容易地得到DMR和负极网络的元素。Gg是直流电网的接地换流站的接地电阻所形成的导纳矩阵。由于直流电网只有一个接地换流站，Gg中只有一个元素。

I_hist和i_sc可以分别表示为：

对于换流站i，

可以由式(2)-(7)得到，I_hist的部分元素可以表示为：

式中

可以表示为

I_hist中的

可以表示为：

式中：

和

是线路i-j的RL和C对应的历史电流源；

和

表示MMC等效的RL支路和C支路的历史电流源。

在形成节点导纳矩阵的过程中，需要注意：

对于极对极故障后的对称单极MMC-MTDC电网，如果直流线路用RL串联支路表示，则可以发现这种直流电网的等效电路没有接地点。所以，其全节点导纳矩阵是奇异的，这导致了节点电压方程(12)不可解。为了解决这个问题，可以指定任意一个节点作为参考。为了方便起见，由于故障点的实际电压为零，因此最好选择故障点作为参考点。这样。应删除G、U、I_hist和i_sc中的故障节点对应的行和列。

步骤(2.3)：对伴随电路的节点电压方程进行求解，即得到直流电网短路时的支路电流和节点电压。

详细地，本公开所提的基于伴随电路的短路计算方法流程图如图7所示。它由三个主要部分组成，即：初始化、形成等效节点电导矩阵和短路电流计算。1)初始化：首先载入MMC-MTDC电网的数据。然后，计算直流线路故障前的潮流，得到节点电压和支路电流的初始值。另外还需要给定时间步长和仿真时间；2)形成等效节点电导矩阵：对于故障后的MMC-MTDC电网，其对称的高度稀疏电导矩阵G可以根据(13)-(15)进行构造。它在整个短路电流计算过程中保持不变。3)短路电流计算：通过递归求解节点电压方程(12)和控制回路方程(2)-(6)即得到直流电网的短路电流和节点电压。该部分可分为三个主要步骤：计算注入功率和历史电流源、求解直流电压、求解支路电流并保存变量。具体来说，在每个时间步，首先使用式(18)-(20)计算历史电流源I_hist，并求解控制回路以获得注入功率P_dc。然后，对节点电压方程(12)进行求解，得到直流电网的节点电压。最后，计算并存储电感电流和电容电压，以便在下一个时步使用。整个求解过程在时刻达到仿真时间时结束。

在该实施例子中，形成的等效节点电导矩阵是一个高度稀疏的对称恒定矩阵。

利用本公开计算了图8所示的张北双极四端柔性直流电网的短路电流，验证本公开所提方法的准确性、适应性和高效性。康保、张北、北京、丰宁换流站分别用s₁-s₄代表。该MMC-MTDC电网的参数如下所示。MMC-MTDC电网的接地点在s₃处。s₄控制直流电网的电压，其他换流站控制注入功率。架空线路的R、L分别为0.009735/km和0.8489mh/km。定直流电压控制的s₄站的参考电压为500kV。定功率控制模式下的s₁-s₃站的有功功率参考值分别为1500、3000和-3000MW。R_on＝0。s₁-s₄的L₀和C_SM分别为40、75、75、40mH和10、15、15、10mF。N_SM＝218。

首先，利用本公开所提的考虑换流器控制的短路电流快速计算方法，对发生在线路2-3中点的极对极故障时的支路电流和节点电压进行了计算。然后，将其与PSCAD中EMT仿真得出得到的结果以及与文献1和文献2中所提的基于数值积分的短路电流计算方法行比较，如图9和图10所示。可以发现本公开所提出的方法与电磁暂态仿真得到的结果一致，比文献1和文献2的方法更准确，说明所提出的方法具有足够的精度。

然后，假设在线路2-3中点发生正极对金属回线故障。首先用本公开提出的考虑控换流器控制的短路电流计算方法计算支路电流和节点电压，然后文献2中的方法以及电磁暂态仿真结果进行比较，如图11和12所示。本公开所提的方法与电磁暂态一致，比文献2的方法更准，而文献1计算不了极对金属回线短路故障。这说明了本公开所提出的高效短路电流计算方法准确性高、适应性好。

最后，利用本公开所提的考虑换流站控制的直流电网短路电流计算方法计算了涉及地的单极故障(即极对地故障和极对金属回线接地故障)发生后的支路电流和节点电压，并将其与电磁暂态仿真结果进行了对比，如图13和图14所示。在每个故障之后，支路电流和节点电压的都与电磁暂态仿真结果高度一致。而文献1和文献2都无法对这两种故障进行计算。这验证了本公开所提的短路电流计算方法的适应性和准确性。

对比上述四种方法的计算时间，结果如表I所示。本公开所提的短路电流计算方法是目前所有方法中最高效的。

表I计算时间比较(ms)

本公开的考虑换流器控制的直流电网的短路电流高效计算方法的有益效果为：

(1)本公开所提的短路电流计算方法适应性好，能够处理各种类型的故障和适应各种网络拓扑结构、各种换流站主接线方式。

(2)本公开所提的短路电流计算方法准确度高，这是因为考虑了换流器的控制。

(3)本公开所提短路电流计算方法更加高效、计算速度快，避免了电磁暂态建模的困难。

(4)本公开所提的短路电流计算方法简单，易于计算机高效实现。

实施例子二

本说明书实施方式提供考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算系统，通过以下技术方案实现：

包括：

等效电路建立模块，被配置为：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

短路电流求解模块，被配置为：采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流。

该实施例子中的具体模块的实现过程具体参见实施例子一考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的详细描述，此处不再进行具体说明。

实施例子三

本说明书实施方式提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

该实施例子中的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法具体参见实施例子一的详细描述，此处不再进行具体说明。

实施例子四

本说明书实施方式提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

该实施例子中的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法具体参见实施例子一的详细描述，此处不再进行具体说明。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，包括：

将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流；

所述受控电流i_s表示为：

其中，U_dc是直流电压，P_dc是直流功率；

在计算受控电流时，忽略调制环节、内环控制器和模块化多电平换流器的动态特性，设定换流器输出电流和内环电流参考值相同；在控制回路的dq变换中，采用的是理想PLL，设定d轴始终跟踪交流系统，Usq＝0；

对于定直流电压控制换流站，短路电流计算时换流器的直流功率等于d轴电压与d轴内环电流参考值的乘积，具体为：

忽略换流器的损耗，换流器的直流功率P_dc与交流功率P_s相等；

P_dc＝P_s

P_s＝1.5(U_sdi_sd+U_sqi_sq)

其中，在控制回路的dq变换中，U_sd、U_sq分别是d轴和q轴的电压，i_sd、i_sq分别是d轴和q轴的输出电流；因为U_sq＝0，所以P_s表示为：

P_s＝1.5U_sdi_sd＝1.5U_sdi_sdref

i_sdref＝k_up(U_dc-U_dcref)+k_ui∫(U_dc-U_dcref)dt

其中，在控制回路的dq变换中，i_sdref、i_sqref分别是d轴和q轴的内环电流参考值，k_up、k_ui分别为定直流电压控制换流站外环控制器的比例系数和积分系数，U_dcref是定直流电压控制换流站外环控制器的参考电压；

对于定有功功率控制换流站，由于比例积分控制器的作用，在短路电流计算时，P_dc与交流有功功率参考值相等，具体为：

P_s＝P_sref

其中：P_sref是换流站的参考功率。

2.如权利要求1所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，直流网络的等效电路分为三层：正极层、DMR层和负极层，在建立柔性直流电网短路后等效电路的过程中，直流电网中的线路采用Π形等效电路表示，若线路为架空线，将Π形等效电路中的电容看作是0，也就是等效成一个RL支路；

在建立柔性直流电网短路后等效电路的过程中，不与换流器直接相连的中间节点看作为没有RLC支路连接的换流站。

3.如权利要求1所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，具体步骤为：

对柔性直流电网等效电路中的各元件动态方程进行差分化得到其伴随电路，进而得到整个柔性直流电网的伴随电路模型；

根据柔性直流电网的伴随电路模型，建立柔性直流电网伴随电路的节点电压方程；

建立伴随电路的节点电压方程并进行求解，得到直流电网短路时的支路电流和节点电压。

4.如权利要求3所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，采用后退欧拉法或者隐式梯形法方法对等效电路中各元件的动态方程差分化，得到各支路的诺顿等效电路；

根据所得到的支路诺顿等效电路，建立柔性直流电网的伴随电路，并由该等效电路得到网络的节点电压方程。

5.如权利要求4所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，在建立直流电网伴随电路节点方程过程时，若柔性直流电网拓扑结构为伪双极且直流架空线路表示为RL支路时，直流电网的节点导纳矩阵是一个奇异矩阵，节点方程不可解，将故障点作为参考节点，因为其实际电压是0，还需将节点导纳矩阵和节点电压向量中对应故障点的行和列去掉。

6.如权利要求3所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，对伴随电路的节点电压方程的求解包括：初始化、形成节点导纳矩阵、短路电流计算；

初始化时，首先输入进行直流电网数据；然后，计算直流电网的潮流，以得到节点电压和支路电流的初值；

通过对伴随电路节点电压方程和控制方程的循环就得到直流电网的短路电流。

7.如权利要求6所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法，其特征是，通过对伴随电路节点电压方程和控制方程的循环求解就可以得到直流电网的短路电流，包括：

计算注入电流向量和历史电流源向量、求解直流电压、求解支路电压；

然后根据网络方程和控制方程迭代求解得到节点电压向量U；

最后，由各支路的动态方程求得本时刻的各元件的电压和电流并对其进行存储，以供在下一次循环中计算支路的历史电流源时使用；

每一次循环后判断此次循环结束时的时间是否到达系统给定的终止时间，若没有，则进入下一次循环求解；若已经到达，则网络方程的求解完成，短路电流计算的过程结束。

8.考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算系统，其特征是，包括：

等效电路建立模块，被配置为：将换流站等效为一个受控电流与一个RLC串联支路的并联，将直流电网输电线路用集中参数模型表示，建立短路时柔性直流电网的简化等效电路；

短路电流求解模块，被配置为：采用伴随电路法对所建立的等效电路进行求解，得到柔性直流电网短路时的支路电流；

所述受控电流i_s表示为：

其中，U_dc是直流电压，P_dc是直流功率；

在计算受控电流时，忽略调制环节、内环控制器和模块化多电平换流器的动态特性，设定换流器输出电流和内环电流参考值相同；在控制回路的dq变换中，采用的是理想PLL，设定d轴始终跟踪交流系统，Usq＝0；

对于定直流电压控制换流站，短路电流计算时换流器的直流功率等于d轴电压与d轴内环电流参考值的乘积，具体为：

忽略换流器的损耗，换流器的直流功率P_dc与交流功率P_s相等；

P_dc＝P_s

P_s＝1.5(U_sdi_sd+U_sqi_sq)

其中，在控制回路的dq变换中，U_sd、U_sq分别是d轴和q轴的电压，i_sd、i_sq分别是d轴和q轴的输出电流；因为U_sq＝0，所以P_s表示为：

P_s＝1.5U_sdi_sd＝1.5U_sdi_sdref

i_sdref＝k_up(U_dc-U_dcref)+k_ui∫(U_dc-U_dcref)dt

其中，在控制回路的dq变换中，i_sdref、i_sqref分别是d轴和q轴的内环电流参考值，k_up、k_ui分别为定直流电压控制换流站外环控制器的比例系数和积分系数，U_dcref是定直流电压控制换流站外环控制器的参考电压；

对于定有功功率控制换流站，由于比例积分控制器的作用，在短路电流计算时，P_dc与交流有功功率参考值相等，具体为：

P_s＝P_sref

其中：P_sref是换流站的参考功率。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一所述的考虑换流器控制的柔性直流电网短路电流计算方法的步骤。

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