CN112803353A - 一种基于交直流互联系统的重合闸方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交直流互联系统的重合闸方法及系统，属于交直流技术领域，解决了现有技术中无法获取交直流互联系统下最佳重合闸时间的问题。一种基于交直流互联系统的重合闸方法，所述方法包括以下步骤：当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。该方法能够确定最佳重合闸时间，并在最佳重合闸时间控制断路器重合。

Description

一种基于交直流互联系统的重合闸方法及系统

技术领域

本发明涉及交直流技术领域，尤其涉及一种基于交直流互联系统的重合闸方法及系统。

背景技术

目前，自动重合闸系统在电力系统中得到了广泛应用，并在提高互联电网的稳定性和供电可靠性方面发挥了重要作用。在交直流混联系统中选择不恰当时间启动重合闸将可能导致连锁故障，进而引发系统暂态失稳，甚至发生停电事故。因此，亟需开展交直流互联系统最佳合闸时间的研究。

针对电力系统最佳重合闸时间计算方法，已有学者进行了相关研究，方法主要分为基于最小间歇时间的整定方法和基于暂态稳定的整定方法。基于最小间歇时间的整定方法主要考虑以下因素：线路两侧保护不同时的跳闸时间、保护跳闸后故障点电弧熄灭时间、故障点绝缘恢复时间、断路器再次灭弧和跳闸时间以及一定的时间裕度。综合考虑上述因素得出一个最小间歇时间，结合不同电力系统重合闸成功的经验选取大于这个最小间歇时间的某个时间作为重合闸的整定时间。此类方法能够提高系统在发生瞬时故障时重合成功，并尽快恢复正常运行。基于暂态稳定的整定方法是通过构建交流系统的暂态能量函数，分析发生最严重故障情况下发电机功角的摇摆情况。在躲过最小间歇时间的基础上，提出当角度达到最大值并开始减小，角速度为负并在达到最大值之前进行重合。该方法通过调整合闸时间提高系统稳定水平，在一定程度上降低重合于故障对系统造成的二次冲击，提高电力系统的暂态稳定性。

但是，现有方法大多仅能计算纯交流系统的最佳重合闸时间，没有考虑在交直流互联系统下，由换相失败引起的直流逆变侧短路对最佳重合闸时间计算结果的影响。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于交直流互联系统的重合闸方法及系统，用以解决现有技术中无法获取交直流互联系统下最佳重合闸时间的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于交直流互联系统的重合闸方法，所述方法包括以下步骤：

当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；

从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；

在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述短路故障为单相接地故障或三相故障。

进一步，最佳合闸发电机转子角速度ω_g0满足：

ω_g0＝ω₀-ω_s (1)

其中，

ω_s表示同步角速度；Δt表示交直流互联系统中从启动重合闸到断路器再次跳开的时间；D表示发电机阻尼系数，M表示发电机惯性常数，P_m为发电机机械功率；

当所述短路故障为单相接地故障时，i＝1；

式中，σ_R1＝R+4R_z+3Rk+4R_zk，σ_L1＝L+4L_z+3Lk+4L_zk，R表示交流输电线路等效电阻，L表示交流输电线路等效电感，L_z表示直流逆变侧换相电感，R_z表示直流逆变侧换相电阻，E表示系统稳定运行时的发电机出口母线电压幅值，k表示所述故障点到直流母线的距离占交流输电线路总长的百分比；

当所述短路故障为三相故障时，i＝2；

式中，σ_R2＝R_z+Rk+R_zk，σ_L2＝L_z+Lk+L_zk。

进一步，最佳合闸发电机功角δ₀满足：

式中，E_s表示所述系统稳定运行时的发电机端口电压幅值，U_s表示所述系统稳定运行时的逆变侧换流母线电压幅值。

进一步，所述启动保护动作，包括：

当所述短路故障为单相接地故障时，所述断路器跳单相；当所述短路故障为三相故障时，所述断路器跳三相。

进一步，利用距离保护装置进行故障选相，根据故障选相结果确定短路故障的类型；还利用所述距离保护装置确定所述故障点的位置。

进一步，在所述最佳重合闸时间控制断路器重合，包括：

继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于交直流互联系统的重合闸系统，所述重合闸系统包括：

故障检测及定位模块，用于当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；

最佳重合闸时间确定模块，用于从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；

继电保护装置，用于在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，所述重合闸系统还包括距离保护装置，用于进行故障选相，并根据故障选相结果确定短路故障的类型；还用于确定所述故障点的位置。

进一步，所述继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

本发明提供的基于交直流互联系统的重合闸方及系统，充分考虑了交直流互联系统下由换相失败引起的直流逆变侧短路对最佳重合闸时间计算结果的影响，通过在启动保护动作后的每一时刻判断采集到的发电机转子角速度与最佳合闸发电机转子角速度是否相等、发电机功角与最佳合闸发电机功角是否相等，将二者均相等时对应的时刻作为最佳重合闸时间，并在最佳重合闸时间控制断路器重合。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1中基于交直流互联系统的重合闸方法方法流程图；

图2为本发明实施例1中xy坐标与dq坐标示意图；

图3为本发明实施例1中交直流互联系统发生永久性故障系统结构图；

图4为本发明实施例1中逆变器多桥臂同时导通拓扑示意图；

图5为本发明实施例2中基于交直流互联系统的重合闸系统结构示意图；

图6为本发明实施例3中交直流互联系统仿真过程示意图；

图7为本发明实施例3中交直流系统发生单相接地故障时逆变器晶闸管电流曲线图；

图8为本发明实施例3中交直流系统发生单相接地故障时故障全过程运行轨迹及能量累积速率曲面图；

图9为本发明实施例3中交直流系统发生单相接地故障时选取不同合闸时间的总动态能量曲线图；

图10为本发明实施例3中交直流系统发生三相故障时逆变器晶闸管电流曲线图；

图11为本发明实施例3中交直流系统发生三相故障时故障全过程运行轨迹及能量累积速率曲面图；

图12为本发明实施例3中交直流系统发生三相故障时选取不同合闸时间的总动态能量曲线图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于交直流互联系统的重合闸方法，流程图如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；

优选地，步骤S1中的短路故障为单相接地故障或三相故障。

利用距离保护装置进行故障选相，根据故障选相结果确定短路故障的类型；还利用所述距离保护装置确定所述故障点的位置。

步骤S1中所述的启动保护动作，包括：当所述短路故障为单相接地故障时，所述断路器跳单相；当所述短路故障为三相故障时，所述断路器跳三相。

步骤S2：从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；

优选地，最佳合闸发电机转子角速度ω_g0满足：

ω_g0＝ω₀-ω_s (1)

其中，

ω_s表示同步角速度；Δt表示交直流互联系统中从启动重合闸到断路器再次跳开的时间；D表示发电机阻尼系数，M表示发电机惯性常数，P_m为发电机机械功率；

当所述短路故障为单相接地故障时，i＝1；

式中，σ_R1＝R+4R_z+3Rk+4R_zk，σ_L1＝L+4L_z+3Lk+4L_zk，R表示交流输电线路等效电阻，L表示交流输电线路等效电感，L_z表示直流逆变侧换相电感，R_z表示直流逆变侧换相电阻，E表示表示系统稳定运行时的发电机出口母线电压幅值，k表示所述故障点到直流母线的距离占交流输电线路总长的百分比；

当所述短路故障为三相故障时，i＝2；

式中，σ_R2＝R_z+Rk+R_zk，σ_L2＝L_z+Lk+L_zk。

优选地，最佳合闸发电机功角δ₀满足：

式中，E_s表示所述系统稳定运行时的发电机端口电压幅值，U_s表示所述系统稳定运行时逆变侧换流母线电压幅值。

步骤S3：在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

具体地，继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

与现有技术相比，本实施例提供的基于交直流互联系统的重合闸方法，充分考虑了交直流互联系统下由换相失败引起的直流逆变侧短路对最佳重合闸时间计算结果的影响，通过在启动保护动作后的每一时刻判断采集到的发电机转子角速度与最佳合闸发电机转子角速度是否相等、发电机功角与最佳合闸发电机功角是否相等，将二者均相等时对应的时刻作为最佳重合闸时间，并在最佳重合闸时间控制断路器重合。

需要说明的是，在本实施例中，通过以下分析过程确定最佳合闸发电机转子角速度ω_g0和最佳合闸发电机功角δ₀：

首先，通过分析交直流互联系统，确定交直流互联系统的总动态能量表达式；具体过程为：

基于对端口瞬时电压和支路瞬时电流沿轨迹积分，构建端口动态能量表达式为：

W_port＝∫Im(i_p ^*du_p)

＝∫Im[(i_px-ji_py)d(u_px+ju_py)] (5)

＝∫i_pxdu_py-i_pydu_px

式中，u_p表示端口电压，i_p表示端口注入电流，i_px、i_py分别表示i_p在xy坐标下的x轴分量、y轴分量，u_px、u_py分别表示u_p在xy坐标下的x轴分量、y轴分量。假定xy坐标系以同步角速度ω_s旋转，d轴领先x轴θ角度，q轴领先y轴θ角度，xy坐标系与dq坐标系关系如图2所示。

在本实施例中，将公式(5)转换至dq坐标系下表达式，求得端口能量在dq坐标下的表达式：

W_port＝∫i_pddu_pq-i_pqdu_pd+(i_pdu_pd+i_pqu_pq)dθ (6)

式中，i_pd、i_pq分别表示i_p在dq坐标下的d轴分量、q轴分量，u_pd、u_pq分别表示u_p在dq坐标下的d轴分量、q轴分量。

交直流互联系统结构示意图如图3所示，系统总动态能量中的势能项以系统稳定运行时的势能作为零势能点，列写系统稳定运行时的KCL、KVL方程为：

式中，u_s表示逆变侧换流母线电压，e表示发电机端口电压，i_e表示发电机注入系统的电流，ω(t)＝ω_g(t)-ω_s，ω_g(t)表示发电机转子角速度，δ(t)表示发电机功角。

通过求解式(7)可得稳定运行时发电机端口的电压和电流表达式，并将其进行派克变换，可得在dq坐标下各个端口的电压电流表达式u_pd、u_pq、i_pd、i_pq。结合式(7)的求解结果，从稳定平衡点到任意运行点进行积分，可得系统的总动态能量表达式为：

式中，W_G为发电机端口动态能量，W_N为交流输电网络部分动态能量，W_L为负荷端口动态能量，W_H为直流端口动态能量，u_N、i_N表示各端口电压、各端口注入交流输电网络部分的电流，u_H、i_H表示直流端口电压、端口注入电流，u_L、i_L表示负荷端口电压、端口注入电流，u_G、i_G表示发电机端口电压、端口注入电流，下标d、q表示各电压电流量的d轴、q轴分量，E_s表示系统稳定运行时发电机端口电压e的幅值，U_s表示系统稳定运行时逆变侧换流母线电压u_s的幅值，δ_s表示系统稳定运行时的发电机功角。

其次，分析发生单相故障和三相故障时系统总动态能量的变化趋势及系统的拓扑结构；具体地，

当重合于永久故障时，动态能量的增减由函数项δ(t)和ω(t)体现。根据李雅普诺夫第二法的观点，若系统的总动态能量W随时间变化率恒为负，则系统总动态能量W不断减少，直到最终达到一个最小值，即平衡状态，则此系统稳定。反之，若系统的总动态能量W随时间变化率恒为正，则系统总动态能量W不断增大，趋于发散，则此系统终将失去稳定。

为了量化表征重合于永久故障中的动态能量累积或消耗过程，对式(8)取微分并将其定义为能量累积速率，可表示为：

需要说明的是，当受端系统发生永久性单相或三相故障时，直流系统逆变侧换流母线电压下降，导致直流系统逆变侧发生换相失败，此时逆变侧换流器四个或以上桥臂同时导通，如图4所示，逆变侧所处状态均等效于短路故障状态。并且重合闸对系统发生单相接地故障和三相故障有不同的动作逻辑，导致系统总动态能量在发生不同类型故障时的累积过程不同。可用电流突变量选相的方法判断系统发生故障的类型。

当发生单相接地故障时，列写系统的KCL、KVL方程，表示为：

式中，i₁表示从逆变侧换流母线流向故障点的电流，i₂表示从发电机母线流向故障点的电流，i₃表示从逆变侧换流母线流向发电机母线的电流，i_z为逆变器换流母线流入逆变器的电流，i_e为发电机注入系统的电流，下标a、b、c分别表示A、B、C三相。

式(10)中的A、B、C可取：

式中，L_z表示直流逆变侧换相电感，R_z表示直流逆变侧换相电阻。

将式(10)的求解结果代入到式(9)中，可得系统重合于永久性单相接地故障时的动态能量累积速率表达式：

式中，f₁为单相接地故障函数，可以表示为：

式中，σ_R1＝R+4R_z+3Rk+4R_zk，σ_L1＝L+4L_z+3Lk+4L_zk，E表示系统稳定运行时的发电机出口母线电压幅值。

当系统发生三相故障时，列写系统的KCL、KVL方程，表示为：

式(14)中的A、B、C可取：

将式(14)的求解结果代入到式(9)中，可得系统重合于永久性三相故障时的动态能量累积速率表达式：

式中，，f₂为三相故障函数，可以表示为：

式中，σ_R2＝R_z+Rk+R_zk，σ_L2＝L_z+Lk+L_zk。

需要说明的是，由式(12)和式(16)可知：

或

当式(18)成立时，有ΔW_i>0，则当系统运行在此区间时，系统动态能量增加，且ΔW_i>0的绝对值越大，系统总动态能量累积速率越快，不利于系统稳定。

或

当式(19)成立时，有ΔW_i<0，则当系统运行在此区间时，系统动态能量减小，且ΔW_i<0的绝对值越大，系统总动态能量耗散速率越快，有利于系统稳定。

最后，对动态能量累积速率进行积分，以系统所累积的动态能量最小为目标，计算出最佳重合闸时间所对应的最佳合闸发电机转子角速度、最佳合闸发电机功角。

假设启动重合闸的时刻为t₀，将系统动态能量累积速率在区间[t₀，t₀+Δt]进行积分，可得系统重合于短路故障所累积的总动态能量，其中，Δt表示交直流互联系统中从启动重合闸到断路器再次跳开的时间(其断路器的技术参数，可通过断路器的技术手册获得)。该动态能量可表示为以最佳合闸发电机功角δ₀和最佳合闸发电机转子角速度ω₀为自变量的函数W(δ₁,ω₁)。该函数取极值的条件可表示为：

式中，t₁＝t₀+Δt，表示启动重合闸后断路器再次跳开的时刻；δ₁＝δ(t₁)，ω₁＝ω(t₁)，δ₀＝δ(t₀)，ω₀＝ω(t₀)。

需要说明的是，从故障发生到重合闸完成，包括以下过程：故障发生～保护动作，断路器跳闸～启动重合闸，断路器重合～重合闸跳开断路器；

考虑到重合于故障系统所受的冲击时间差即为Δt，而不同的启动重合时间会令系统在时间差内所累积的动态能量不同，而能量的累积是有正有负的，所以要根据这个时间差的长度去选择不同的重合时间。通过对总动态能量取极值，能够让系统所累积的动态能量最小。动态能量累积跟重合时刻及时间差有关。能量的累积是有正有负的，时间差不同，累积的动态能量不同。当时间差确定时，可以通过控制启动重合闸时间让动态能量最小。

利用重合于永久故障时的系统微分方程组式(10)和式(14)，可求得δ₀与δ₁、ω₀与ω₁之间的关系，表示为：

式中，f_i表示故障函数，当发生单相接地故障时i＝1，发生三相故障时i＝2。

将式(21)代入式(20)并化简，可得最佳重合闸时间所对应的最佳合闸发电机转子角速度、最佳合闸发电机功角分别：

式中，

实施例2

本发明的实施例2，公开了一种基于交直流互联系统的重合闸系统，包括：故障检测及定位模块，用于当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；最佳重合闸时间确定模块，用于从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；继电保护装置，用于在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

优选地，所述重合闸系统还包括距离保护装置，用于进行故障选相，并根据故障选相结果确定短路故障的类型；还用于确定所述故障点的位置。

优选地，所述继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

本发明系统实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。

由于本系统实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。

实施例3

本发明的具体实施例3，公开了一种交直流互联系统中最佳重合闸时间的获取方法的具体实现过程，利用图3在RT-LAB平台中搭建高压直流输电系统模型，送端系统经过一条500kV的直流线路给受端送电。HVDC额定电压为500kV，HVDC额定传输容量为1000MW。系统频率为50Hz，负荷吸收的有功功率为1200MW，负荷吸收的无功功率为30Mvar，交流线路总长度为100km，交流线路的正序电阻为0.0431Ω/km，交流线路的正序电抗为0.5500Ω/km。仿真过程如图6所示。在a点发生故障，在b点保护动作，断路器跳闸，在c点启动重合闸，系统重合于永久故障，在d点重合闸跳开断路器，故障消失。其中ab段和cd段为故障存在阶段。设图6中时间Δt₁为0.1s，时间Δt₃为0.1s。

为验证本方法的正确性和有效性，本实施例考虑系统在发生单相故障或者三相故障场景下，对系统在故障过程中的动态能量累积速率及系统的最佳重合闸时间进行计算分析。

1)系统发生永久性单相接地故障

在单相接地短路故障存在期间，逆变侧发生换相失败，逆变器晶闸管电流如图7所示。在故障初期VT1、VT2、VT3和VT6同时导通，逆变器处于三相短路故障的拓扑，然后逐渐恢复成正常导通状态。

故障全过程的运行点轨迹及表示故障阶段能量累积速率的曲面如图8所示。图8中a点为轨迹的起点，d点为轨迹的终点。在a点发生永久性故障，在b点保护动作，断路器跳闸，在c点启动重合闸，系统重合于永久故障，在d点重合闸跳开断路器，故障消失。其中ab段和cd段为故障存在阶段。选取不同的重合时间Δt₂将会影响重合于故障的运行起点c。重合于故障后，随着δ和ω增大，动态能量累积速率逐渐增大，在d点动态能量累积速率达到最大。在图8(a)中，选取的重合闸时间Δt₂为0.70s，运行点c的动态能量累积速率为212.63，重合于故障以后动态能量累积速率逐渐递增至741.35。在图8(b)中，选取的重合闸时间Δt₂为0.90s，运行点c的动态能量累积速率为201.31，重合于故障以后动态能量累积速率逐渐递增至374.79。一方面，图8中表示能量累积速率的曲面是一个不规则的曲面，有大于零部分也有小于零部分。另一方面，重合于故障的运行起点c将随着Δt₂的增大而不断改变。重合闸时间与动态能量累积速率之间存在非线性关系，因此必然存在一个最佳重合闸时间。

重合闸时间Δt₂由0.1s开始，步长为0.1s，逐渐增大，仿真计算在不同的重合闸时间Δt₂下系统所累积的总动态能量，仿真结果如图9所示。随着重合闸时间Δt₂的增大，系统所累积的总动态能量交替增减。图9中的红点1、2、3可使系统所累积的总动态能量取到极小值。点1、2和3的总动态能量大小分别是0.25、1.34、2.74。与之对应的仿真合闸时间分别为0.40s、1.12s、1.84s。将3组总动态能量进行对比可知，点1的总动态能量最小。因此，点1对应的合闸时间为最佳重合闸时间。

再者，利用本方法计算得到3个点的合闸时间分别为0.40s、1.15s、1.86s。对比可知，本方法的计算结果与仿真结果误差均在3％以内。

2)系统发生永久性三相故障

在重合于三相接地短路故障期间，逆变侧发生换相失败，逆变器晶闸管电流如图10所示。3个晶闸管同时导通和4个晶闸管同时导通情况交替出现，使逆变器交替处于两相短路和三相短路故障拓扑。

故障全过程的运行点轨迹及表示故障阶段能量累积速率的曲面如图11所示。图11中a点为轨迹的起点，d点为轨迹的终点。在a点发生永久性故障，在b点保护动作，断路器跳闸，在c点启动重合闸，系统重合于永久故障，在d点重合闸跳开断路器，故障消失。其中ab段和cd段为故障存在阶段。选取不同的重合时间Δt₂将会影响重合于故障的运行起点c。重合于故障后，随着δ和ω增大，动态能量累积速率逐渐增大，在d点动态能量累积速率达到最大。在图11(a)中，选取的重合闸时间Δt₂为0.70s，运行点c的动态能量累积速率为1040.54，重合于故障以后动态能量累积速率逐渐递增至3811.26。在图11(b)中，选取的重合闸时间Δt₂为0.90s，运行点c的动态能量累积速率为27.71，重合于故障后动态能量累积速率逐渐递增至2875.82。一方面，图11中表示能量累积速率的曲面是一个不规则的曲面，有大于零部分也有小于零部分。另一方面，重合于故障的运行起点c将随着Δt₂的增大而不断改变。重合闸时间与动态能量累积速率之间存在非线性关系，因此必然存在一个最佳重合闸时间。

重合闸时间Δt₂由0.1s开始，步长为0.02s，逐渐增大，仿真计算在不同的合闸时间Δt₂下系统所累积的总动态能量，仿真结果如图12所示。随着重合闸时间Δt₂的增大，系统所累积的总动态能量交替增减。图12中的红点1、2、3、4可使系统所累积的总动态能量取到极小值。点1、2、3和4的总动态能量大小分别是9.77、32.67、58.41、81.59。与之对应的仿真合闸时间分别为0.36s、1.08s、1.78s、2.48s。将4组总动态能量进行对比可知，点1的总动态能量最小。因此，点1对应的合闸时间为最佳重合闸时间。

再者，利用本方法计算得到4个点的合闸时间分别为0.36s、1.07s、1.76s、2.46s。对比可知，本方法的计算结果与仿真结果误差均在2％以内。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；

从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；

在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

2.根据权利要求1所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，所述短路故障为单相接地故障或三相故障。

3.根据权利要求2所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，最佳合闸发电机转子角速度ω_g0满足：

ω_g0＝ω₀-ω_s (1)

其中，

ω_s表示同步角速度；Δt表示交直流互联系统中从启动重合闸到断路器再次跳开的时间；D表示发电机阻尼系数，M表示发电机惯性常数，P_m为发电机机械功率；

当所述短路故障为单相接地故障时，i＝1；

式中，σ_R1＝R+4R_z+3Rk+4R_zk，σ_L1＝L+4L_z+3Lk+4L_zk，R表示交流输电线路等效电阻，L表示交流输电线路等效电感，L_z表示直流逆变侧换相电感，R_z表示直流逆变侧换相电阻，E表示系统稳定运行时的发电机出口母线电压幅值，k表示所述故障点到直流母线的距离占交流输电线路总长的百分比；

当所述短路故障为三相故障时，i＝2；

式中，σ_R2＝R_z+Rk+R_zk，σ_L2＝L_z+Lk+L_zk。

4.根据权利要求3所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，最佳合闸发电机功角δ₀满足：

式中，E_s表示所述系统稳定运行时的发电机端口电压幅值，U_s表示所述系统稳定运行时的逆变侧换流母线电压幅值。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，所述启动保护动作，包括：

当所述短路故障为单相接地故障时，所述断路器跳单相；当所述短路故障为三相故障时，所述断路器跳三相。

6.根据权利要求2所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，利用距离保护装置进行故障选相，根据故障选相结果确定短路故障的类型；还利用所述距离保护装置确定所述故障点的位置。

7.根据权利要求1所述的基于交直流互联系统的重合闸方法，其特征在于，在所述最佳重合闸时间控制断路器重合，包括：

继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

8.一种基于交直流互联系统的重合闸系统，其特征在于，所述重合闸系统包括：

故障检测及定位模块，用于当检测到所述交直流互联系统中发生短路故障时，启动保护动作，并确定故障点的位置；

最佳重合闸时间确定模块，用于从启动保护动作时刻开始，实时采集每一时刻的发电机转子角速度及发电机功角；并在每一时刻，判断所述发电机转子角速度是否等于最佳合闸发电机转子角速度、且所述发电机功角是否等于最佳合闸发电机功角，若均相等，将当前时刻作为最佳重合闸时间；

继电保护装置，用于在所述最佳重合闸时间控制断路器重合。

9.根据权利要求8所述的基于交直流互联系统的重合闸系统，其特征在于，所述重合闸系统还包括距离保护装置，用于进行故障选相，并根据故障选相结果确定短路故障的类型；还用于确定所述故障点的位置。

10.根据权利要求8或9所述的基于交直流互联系统的重合闸系统，其特征在于，所述继电保护装置在所述最佳重合闸时间发出重合指令，控制所述断路器进行重合。

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