CN113794203A - 确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统，包括：对新能源直流外送系统进行等效，确定等效电路；基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。本发明的方法能够高效、准确地确定新能源直流外送系统故障时的过电压，计算过程简便，能够对新能源外送系统故障时的控制等提供技术支撑。

Description

确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统过电压计算技术领域，并且更具体地，涉及一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统。
背景技术
目前，特高压直流送端过电压问题严重影响了新能源的消纳和相关设备的安全。新能源机组对系统过电压的耐受能力较差，当系统电压发生变化时，新能源机组易发生大规模高压脱网现象，引发电网中严重的连锁性事故。高比例新能源电力系统的过电压问题，严重制约新能源消纳及特高压直流输电能力。新能源直流外送系统过电压产生的原因主要来自两个方面，一是直流系统换相失败、闭锁等直流故障期间，由于直流系统的交流滤波器切除延迟造成无功盈余，导致送端交流系统过电压；二是交直流故障下，新能源无功补偿装置调节的滞后性，以及具备低电压穿越能力的新能源由于故障期间的无功控制策略响应滞后造成电网电压恢复瞬间无功盈余，从而产生过电压。现有的新能源直流外送系统过电压计算方法，主要在潮流方程、经验公式、短路比指标的基础上进行推导。采用经验公式、短路比指标计算的结果较为粗略；采用潮流方程计算时，对于多次换相失败后闭锁故障，所用的功率不平衡量为闭锁瞬间与稳态时的差值，且功率不平衡量由无穷大电源吸收，其物理意义不够明晰。
总体来说对于新能源直流外送系统的过电压计算方法，目前还缺少一种物理概念清晰的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法，能够考虑新能源低电压穿越控制和直流系统交流滤波器无功盈余。
发明内容
本发明提出一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统，以解决如何确定新能源直流外送系统故障时的过电压的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法，所述方法包括：
对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路；
基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；
基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
优选地，其中所述戴维南等效阻抗, 包括：
Figure 760462DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 450070DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 364936DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
优选地，其中所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 50696DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 517449DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 569719DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
优选地，其中所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 412910DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 726080DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 239101DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
优选地，其中所述方法还包括：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。优选地，其中所述方法还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 139186DEST_PATH_IMAGE010
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure 520489DEST_PATH_IMAGE011
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的系统，所述系统包括：
等效单元，用于对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路；
阻抗和电压源确定单元，用于基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；
过电压确定单元，用于基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
优选地，其中所述戴维南等效阻抗, 包括：
Figure 688165DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 372087DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 258003DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
优选地，其中所述过电压确定单元，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
Figure 675953DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 839081DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 84118DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
优选地，其中所述过电压确定单元，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 598275DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 321381DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 198070DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
优选地，其中所述系统还包括：控制单元，用于：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。优选地，其中所述控制单元，还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 115473DEST_PATH_IMAGE010
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure 851348DEST_PATH_IMAGE012
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
本发明提供了一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法及系统，包括：对新能源直流外送系统进行等效，确定等效电路；基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。本发明的方法能够高效、准确地确定新能源直流外送系统故障时的过电压，计算过程简便，能够对新能源外送系统故障时的控制等提供技术支撑。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法100的流程图；
图2的(a)和 (b)分别为根据本发明实施方式的新能源直流外送系统正常状态和故障时的等效电路示意图；
图3为根据本发明实施方式的戴维南等效电路图；
图4为根据本发明实施方式的正常状态下的相量关系示意图；
图5的(a)和(b)分别为根据本发明实施方式的直流双极闭锁下的相量关系示意图；
图6的(a)和(b)分别为根据本发明实施方式的直流多次换相失败后闭锁下的相量关系示意图；
图7为根据本发明实施方式的PSD-BPA仿真模型的示意图；
图8为根据本发明实施方式的直流双极闭锁仿真结果；
图9为根据本发明实施方式的直流换相失败5+1的仿真结果；
图10为根据本发明实施方式的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的系统1000的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法，能够高效、准确地确定新能源直流外送系统故障时的过电压，计算过程简便，能够对新能源外送系统故障时的控制等提供技术支撑。本发明实施方式提供的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法100，从步骤101处开始，在步骤101对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路。
在本发明的实施方式中，直流系统正常运行状态下的简化等效电路如图2中(a)所示，在推导过程中假设送端交流系统的电压调节能力很强，即送端交流系统的等效电势Us恒定，且取Us的相角为0，Ur为新能源机端电压，Ue为连接点电压，Ud为直流换流站母线电压，新能源用电流源I表示。假设正常控制下，新能源只发有功，即Ur与I同相位，低电压穿越控制下，新能源只发无功，即Ur超前I90°。-X0为滤波器电抗，Rd+jXd为直流系统的等效阻抗，R+jX1为新能源机端至连接点阻抗，X2、X3为等效电抗，推导过程中忽略其他电阻。直流系统闭锁且尚未切除滤波器时的简化等效电路如图2中(b)所示。将除新能源外的其他部分做戴维南等效，等效电路图如图3所示。
在本发明中，在故障前，在正常运行状态下，根据图2中(a)可以确定戴维南等效阻抗为:
Figure 643723DEST_PATH_IMAGE013
（1）
等效电压源为:
Figure 515864DEST_PATH_IMAGE014
（2）
其中，Zeq0为戴维南等效阻抗，Req0为戴维南等效阻抗的实部，Xeq0为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 102703DEST_PATH_IMAGE015
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E0为等效电压源的幅值；ψE0为等效电压源的相位；Xd为直流等效电抗；Rd为直流等效电阻。
假设新能源正常状态下的控制为只发有功，即Ur0与I0同相位，下标0表示正常运行状态下的电气量，且I0约等于额定电流IN，可以得到戴维南等效电路的如图4所示的相量关系。
此时，正常状态下新能源机端电压为：
Figure 325874DEST_PATH_IMAGE016
（3）
由图4可以解得连接点电压为：
Figure 656361DEST_PATH_IMAGE017
（4）
直流换流站母线电压为：
Figure 648588DEST_PATH_IMAGE018
（5）
在步骤102，基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源。
优选地，其中所述戴维南等效阻抗, 包括：
Figure 910723DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 480245DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 489789DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
在本发明中，当特高压直流发生双极闭锁故障时，直流设备停运，直流系统有功输送量及无功消耗量均近似为0。由于极控系统不会在闭锁信号发出后立刻切除交流滤波器，交流滤波器产生的无功全部注入交流系统，从而抬升了送端交流母线电压。若超过交流设备绝缘配合要求则会引发设备损坏及连锁性事故，对系统安全稳定运行构成威胁。由于直流双极闭锁时没有电压跌落这一过程，新能源低电压穿越控制不会对加剧无功不平衡量，因此交流滤波器为直流双极闭锁故障下产生过电压的主要原因。
直流闭锁和换相失败闭锁时，根据图2中(b)均可以得到戴维南等效阻抗为：
Figure 726735DEST_PATH_IMAGE001
（6）
等效电压源为：
Figure 530743DEST_PATH_IMAGE002
（7）
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 853140DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
在步骤103，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
优选地，其中所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 135217DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 728135DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 703044DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
优选地，其中所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 512737DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 723138DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 544464DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
在本发明的实施方式中，当发生直流双极闭锁故障且尚未切除滤波器时，新能源保持正常的有功、无功控制，即只发有功，Ur与I同相位，相量关系如图5中(a)所示。恒功率控制下，设有功功率为P，则有：
Figure 80487DEST_PATH_IMAGE019
（8）
由图5(a)的相量关系计算电流I表示的新能源机端电压为：
Figure 987264DEST_PATH_IMAGE020
（9）
将式（8）代入式（9）得有功功率为P表示的新能源机端电压为：
Figure 234312DEST_PATH_IMAGE021
（10）
连接点电压为：
Figure 175723DEST_PATH_IMAGE022
（11）
直流换流站母线电压（相量形式）为：
Figure 617069DEST_PATH_IMAGE023
（12）
则有直流换流站母线电压的幅值为：
Figure 870195DEST_PATH_IMAGE024
（13）
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
因此，根据公式（10）、（11）和（13）即可得到新能源直流外送系统发生直流双极闭锁故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
在本发明的实施方式中，直流系统发生换相失败过程中，送端换流站母线电压会经历先降低再升高的过程，且转换过程十分迅速。上述过程中，新能源并网逆变器在电压降低时进入低电压穿越控制，其有功迅速下降，且迅速增发无功。而在电压突然升高的过程中，由于换流器控制采样反馈环节存在延时等因素，存在继续增发无功的情况，无功不平衡量加剧了电压的抬升，也会加剧送端换流站母线过电压。本发明的实施方式就换相失败故障中的多次换相失败后直流系统闭锁产生的过电压机理进行分析，且关注直流系统进入闭锁状态、尚未切除滤波器同时新能源发无功这一时间段的过电压，假设新能源只发无功，即Ur超前I90°。可以得到如图6中(a)所示的相量关系。
新能源机端电压为：
Figure 563345DEST_PATH_IMAGE025
（14）
连接点电压为：
Figure 483896DEST_PATH_IMAGE026
（15）
直流换流站母线电压为：
Figure 237089DEST_PATH_IMAGE027
（16）
则有：
Figure 478977DEST_PATH_IMAGE028
（17）
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
因此，根据公式（14）、（17）和（15）即可得到新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
优选地，其中所述方法还包括：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。
优选地，其中所述方法还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 710238DEST_PATH_IMAGE029
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure 485296DEST_PATH_IMAGE030
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
由图5中(b)知Ue≥UrsinθZ，其中θZ=arctanX1/R，依据式（13）可将前述不等式变换为Ud=UeX0/(X0-X3)≥UrsinθZX0/(X0-X3)，当UrsinθZX0/(X0-X3)>Ur时，有Ud>Ur。即满足
Figure 268444DEST_PATH_IMAGE029
时，可以确定直流换流站母线电压一定高于新能源机端电压，直接确定新能源机端为受过电压影响的第一设备。若不满足
Figure 637108DEST_PATH_IMAGE029
，则需依据式（10）和式（13）的计算结果判断直流换流站母线电压和新能源机端电压的大小关系，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备。
由图6中(b)知Ue≥Ursin|θI+θZ|，其中θZ=arctanX1/R，θI=-90°，依据式（18）可将前述不等式变换为Ud=UeX0/(X0-X3)≥UrcosθZX0/(X0-X3)，当UrcosθZX0/(X0-X3)>Ur时，有Ud>Ur。即满足
Figure 796694DEST_PATH_IMAGE030
时，可以确定直流换流站母线电压一定高于新能源机端电压，直接确定直流换流站为受过电压影响的第一设备。若不满足
Figure 301625DEST_PATH_IMAGE030
，则需依据式（14）和式（17）的计算结果判断直流换流站母线电压和新能源机端电压的大小关系，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备。
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
根据本发明的实施方式可知，故障后新能源机端电压和直流换流站母线电压均与新能源无功电流I、滤波器等效电抗X0有关，当新能源低电压穿越期间无功电流较大、滤波器等效电抗较大即直流系统无功补偿容量较大时，新能源机端电压和直流换流站母线电压较故障前均有很大的抬升，可能会使其超过保护限值，引发新能源脱网等问题。
在本发明中，在PSD-BPA搭建了如图7所示的系统验证本发明的可行性。该系统新能源模型为光伏模型，控制方式表1所示，采用不考虑直流侧电容动态过程的简化计算。仿真系统参数如表2所示。
表1光伏控制参数表
Figure 771788DEST_PATH_IMAGE031
表2仿真系统参数表
Figure 627748DEST_PATH_IMAGE032
（1）直流双极闭锁故障下的仿真
设置故障为0.2s发生双极闭锁，0.5s切除滤波器，故障过程中光伏未进入低电压穿越控制，仍采用正常状态下的功率控制。依据上述公式可以计算得故障前后新能源机端过电压及直流换流站母线过电压，仿真结果如图8所示，计算结果和仿真结果的对比如表3所示，计算数值和仿真数值相近，验证了计算方法的有效性。
本算例中，sinθZ=0.92，(X0-X3)/X0=0.95，不满足式
Figure 325446DEST_PATH_IMAGE033
，因此依据上述计算结果判断直流换流站母线电压和新能源机端电压的大小关系，进而确定第一设备。
表3直流闭锁故障下计算结果和仿真结果对比表
Figure 950462DEST_PATH_IMAGE034
（2）直流多次连续换相失败后闭锁故障下的仿真
设置故障为换相失败5+1，即直流系统从第10个周波开始，连续换相失败5次，且在第6次换相失败时发生闭锁，闭锁后经过15周波切除滤波器。仿真结果如图9所示，换流器1.22s发生闭锁，直流换流站母线电压迅速升高，该算例设置光伏低电压判断时间为0.01s，1.22s-1.23s光伏保持低电压穿越期间的控制策略，即持续发无功，且该时间段内尚未切除滤波器。1.23s-1.52s光伏切换至低电压穿越结束后的功率控制，滤波器尚未切除，新能源机端电压及直流换流站母线仍维持较高的电压水平，直至1.52s切除滤波器，电压恢复至正常水平附近。由上述公式可以计算得到故障清除后新能源机端过电压及直流换流站母线过电压，计算结果与仿真结果的对比如表4所示，计算数值和仿真数值相近，验证了计算方法的有效性。
本算例中，cosθZ=0.39，(X0-X3)/X0=0.95，不满足式（19），需依据上述计算结果判断直流换流站母线电压和新能源机端电压的大小关系。
表4换相失败5+1故障下计算结果和仿真结果对比表
Figure 340992DEST_PATH_IMAGE035
本发明的方法可以实现考虑低电压穿越控制的新能源直流外送系统的过电压定量计算。针对直流双极闭锁和直流多次换相失败后闭锁两种故障，给出基于相量分析的电压计算公式。基于该方法，结合电压计算公式和相量图，可以进一步分析各节点电压的影响因素。与现有方法相比，该方法物理概念清晰，可以由相量图直观地分析各因素对过电压的影响，且计算过程简便。
图10为根据本发明实施方式的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的系统1000的结构示意图。如图10所示，本发明实施方式提供的确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的系统，所述系统包括：等效单元1001、阻抗和电压源确定单元1002和过电压确定单元1003。
优选地，所述等效单元1001，用于对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路。
优选地，所述阻抗和电压源确定单元1002，用于基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源。
优选地，其中所述戴维南等效阻抗, 包括：
Figure 277724DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 920058DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 25680DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
优选地，所述过电压确定单元1003，用于基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
优选地，其中所述过电压确定单元1003，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 462477DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 886505DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 801372DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
优选地，其中所述过电压确定单元1003，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 525614DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 133313DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 310216DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
优选地，其中所述系统还包括：控制单元，用于：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。优选地，其中所述控制单元，还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 386364DEST_PATH_IMAGE010
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure 840479DEST_PATH_IMAGE012
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
本发明的实施例的定新能源直流外送系统的过电压的系统1000与本发明的另一个实施例的定新能源直流外送系统的过电压的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的方法，其特征在于，所述方法包括：
对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路；
基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；
基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述戴维南等效阻抗,包括：
Figure 761456DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 6492DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 317388DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 978176DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 120445DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 474066DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 508143DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 238202DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 438239DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 962761DEST_PATH_IMAGE010
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
7.一种确定新能源直流外送系统直流故障时过电压的系统，其特征在于，所述系统包括：
等效单元，用于对新能源直流外送系统进行等效，确定所述新能源直流外送系统故障时的等效电路；
阻抗和电压源确定单元，用于基于所述等效电路，确定新能源直流外送系统故障时的戴维南等效阻抗和等效电压源；
过电压确定单元，用于基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述戴维南等效阻抗, 包括：
Figure 576145DEST_PATH_IMAGE001
，
所述等效电压源，包括：
Figure 844315DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，Zeq为戴维南等效阻抗，Req为戴维南等效阻抗的实部，Xeq为戴维南等效阻抗的虚部，j表示复数；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X2为同步机至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；
Figure 394464DEST_PATH_IMAGE003
为等效电压源相量；Us为同步机电势；E为等效电压源的幅值；ψE为等效电压源的相位。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述过电压确定单元，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 355467DEST_PATH_IMAGE004
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 128251DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 934533DEST_PATH_IMAGE006
，
其中，Ur为新能源机端过电压；P为正常控制下新能源的有功功率；Req为戴维南等效阻抗的实部；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；I为新能源输出电流；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述过电压确定单元，基于所述戴维南等效阻抗和等效电源，确定所述新能源直流外送系统故障时的新能源机端过电压和直流换流站母线过电压，包括：
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，所述新能源机端过电压，包括：
Figure 640321DEST_PATH_IMAGE007
，
所述直流换流站母线过电压，包括：
Figure 506646DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 501147DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，Ur为新能源机端过电压；I为新能源输出电流；Xeq为戴维南等效阻抗的虚部；E为等效电压源的幅值；Req为戴维南等效阻抗的实部；Ud为直流换流站母线过电压；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值；Ue为连接点电压；R为新能源机端至连接点电阻。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：控制单元，用于：
确定受过电压影响的第一设备；
当确定新能源机端为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行低电压穿越控制的改进，以预防由于新能源机端过电压导致的切机保护动作；
当确定直流换流站母线为受过电压影响的第一设备时，对所述第一设备进行无功补偿装置投切控制的改进，以抑制直流换流母线的过电压。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制单元，还包括：
当新能源直流外送系统发生双极闭锁故障时，若满足
Figure 612584DEST_PATH_IMAGE010
，则确定新能源机端为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为所述第一设备；
当新能源直流外送系统发生多次连续换相失败后闭锁故障时，若满足
Figure 641720DEST_PATH_IMAGE011
，则确定直流换流站为受过电压影响的第一设备；反之，则比较所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压的大小，并确定所述新能源机端过电压和直流换流站母线过电压中的较大值对应的设备为受过电压影响的第一设备；
其中，θZ=arctanX1/R，θZ为新能源机端至连接点的阻抗角；R为新能源机端至连接点电阻；X1为新能源机端至连接点电抗；X3为直流换流站母线至连接点电抗；X0为滤波器电抗绝对值。
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