一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法及其装置

技术领域

本申请涉及电力系统故障分析技术领域，尤其涉及一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法及其装置。

背景技术

柔性直流电网系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器、换流变压设备、换流电抗设备等进行组成。与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，其中最为关键的核心部位是电压源换流器(VSC)，而它则是由换流桥和直流电容器共同组成的。最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。

柔性直流电网开展直流极人工单极人工短路试验用来验证柔性直流输电系统设备性能。试验一般是在直流线路上开展，将其中一极线路与大地短路，为人为制造故障。试验中故障极线路与大地之间短路故障会产生电弧电阻。故障发生后，故障电流迅速增加，测试系统的一次设备过流能力和系统二次控制保护是否正确动作。随着二次控制保护的正确动作，故障将被隔离或切除，试验完成。现有的针对柔性直流电网的建模仿真技术，在稳态运行工况下的计算准确度很高，但在直流侧单极人工短路故障测试这种暂态工况下，计算得到的单极短路电流准确率较低，主要是因为接地电阻、避雷器等参数对故障电流影响较大，使得建模参数与实际运行参数误差较大，以及实际直流侧单极人工短路故障测试时会产生电弧电阻，影响单极短路电流的计算结果。

发明内容

本申请提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法及其装置，用于解决现有技术因为接地电阻、避雷器等参数对故障电流影响较大，使得建模参数与实际运行参数误差较大，以及实际直流侧单极人工短路故障测试时会产生电弧电阻，使得单极短路电流计算准确率较低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法，包括：

S1、对构建的柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型中的参数进行校核，得到仿真模型；

S2、将初始电弧电阻输入所述仿真模型进行处理，输出初始单极短路电流；

S3、基于电弧长度和所述初始单极短路电流计算新电弧电阻，并将所述新电弧电阻输入所述仿真模型进行处理，输出新单极短路电流；

S4、基于所述新电弧电阻和所述初始电弧电阻判断所述新单极短路电流是否收敛，若是，则输出所述新单极短路电流，若否，则将所述新单极短路电流作为所述初始单极短路电流，并返回步骤S3。

可选的，所述基于电弧长度和所述初始单极短路电流计算新电弧电阻，包括：

对所述初始单极短路电流进行离散化处理，基于离散化后的所述初始单极短路电流计算短路电流估计值；

基于电弧长度和所述短路电流估计值计算新电弧电阻。

可选的，所述基于电弧长度和所述短路电流估计值计算新电弧电阻，包括：

计算电弧长度与预置系数的乘积，并计算所述乘积与所述短路电流估计值的比值，得到新电弧电阻。

可选的，所述基于所述新电弧电阻和所述初始电弧电阻判断所述新单极短路电流是否收敛，包括：

计算所述新电弧电阻和所述初始电弧电阻的差值；

判断所述差值与所述初始电弧电阻的比值是否小于或等于预置阈值，若是，则判定所述新单极短路电流收敛，若否，则判定所述新单极短路电流未收敛。

本申请第二方面提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算装置，包括：

构建单元，用于对构建的柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型中的参数进行校核，得到仿真模型；

输入单元，用于将初始电弧电阻输入所述仿真模型进行处理，输出初始单极短路电流；

计算单元，用于基于电弧长度和所述初始单极短路电流计算新电弧电阻，并将所述新电弧电阻输入所述仿真模型进行处理，输出新单极短路电流；

判断单元，用于基于所述新电弧电阻和所述初始电弧电阻判断所述新单极短路电流是否收敛，若是，则输出所述新单极短路电流，若否，则将所述新单极短路电流作为所述初始单极短路电流，并触发所述计算单元。

可选的，所述计算单元具体包括：

处理子单元，用于对所述初始单极短路电流进行离散化处理，基于离散化后的所述初始单极短路电流计算短路电流估计值；

计算子单元，用于基于电弧长度和所述短路电流估计值计算新电弧电阻；

输入子单元，用于将所述新电弧电阻输入所述仿真模型进行处理，输出新单极短路电流。

可选的，所述计算子单元具体用于：

计算电弧长度与预置系数的乘积，并计算所述乘积与所述短路电流估计值的比值，得到新电弧电阻。

可选的，所述判断单元具体用于：

计算所述新电弧电阻和所述初始电弧电阻的差值；

判断所述差值与所述初始电弧电阻的比值是否小于或等于预置阈值，若是，则判定所述新单极短路电流收敛，输出所述新单极短路电流，若否，则判定所述新单极短路电流未收敛，将所述新单极短路电流作为所述初始单极短路电流，并触发所述计算单元。

本申请第三方面提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的柔性直流电网的单极短路电流计算方法。

本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的柔性直流电网的单极短路电流计算方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法，包括：S1、对构建的柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型中的参数进行校核，得到仿真模型；S2、将初始电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出初始单极短路电流；S3、基于电弧长度和初始单极短路电流计算新电弧电阻，并将新电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出新单极短路电流；S4、基于新电弧电阻和初始电弧电阻判断新单极短路电流是否收敛，若是，则输出新单极短路电流，若否，则将新单极短路电流作为初始单极短路电流，并返回步骤S3。

本申请中，在构建柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型后，对其参数进行校核，以减少模型参数与实际运行参数的误差，保证仿真模型运行结果的准确性；考虑到电弧电阻对单极短路电流的影响，将电弧电阻与仿真模型迭代相结合，直至单极短路电流收敛，进一步确保了计算结果的准确性和可靠性，从而解决了现有技术因为接地电阻、避雷器等参数对故障电流影响较大，使得建模参数与实际运行参数误差较大，以及实际直流侧单极人工短路故障测试时会产生电弧电阻，使得单极短路电流计算准确率较低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法的一个流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算过程的一个流程框图；

图3为本申请实施例提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算装置的一个结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法及其装置，用于解决现有技术因为接地电阻、避雷器等参数对故障电流影响较大，使得建模参数与实际运行参数误差较大，以及实际直流侧单极人工短路故障测试时会产生电弧电阻，使得单极短路电流计算准确率较低的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法的一个实施例，包括：

步骤101、对构建的柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型中的参数进行校核，得到仿真模型。

柔直输电模型依据实际柔直输电工程参数建立的模型，包括柔直系统的主要一次构成部件和二次控保参数。主要一次构成部件参数包括限流电阻值、换流变压器主要电气参数(容量、电压等级、阻抗、铁损等电气参数)、桥臂电抗值、换流阀参数(MMC子模块个数、MMC子模块电容、开通电阻等参数)、交流侧电网系统参数(系统阻抗、系统频率、电压等参数)、直流侧参数(直流电压等级)、中性点方式及参数、直流输电网络线路等效参数。二次控保参数包括电压、电流信号采集点、换流站控制方式(VdcQ、PQ、孤岛、PV等控制方式，及控制方式对应的控制参数，如内环控制参数、外环控制参数)、环流抑制参数(比例、积分、使能等控制参数)、控制输出给阀模块的方式。根据实际柔直输电工程参数对柔性直流输电模型进行校核，使得主要一次电气参数和二次控保参数尽可能与真实柔直输电网络一致，尽可能与真实柔性直流输电网络控制方式一致，使得柔直输电模型达到的效果是与实际柔直输电系统稳态、动态、参数明确条件下的暂态误差小于5％。

由于单极短路电流与实际地形电阻相关，因此，本申请实施例根据实际柔性直流输电系统接地阻抗测试数据构建接地网络参数模型，包括试验现场接地网络拓扑结构和架空地线电阻。然后根据实际柔性直流输电系统接地阻抗测试数据对接地网络参数模型中的参数进行校核。

对于伪双极结构的柔性直流输电网络需要对避雷器参数进行校核，伪双极结构的柔性直流输电网络在单极发生对地故障时，另一极电压会升高，导致避雷器动作。因此，伪双极结构的柔性直流输电网络单极短路与避雷器相关，需要对避雷器参数进行校核。

结果上述校核后，搭建单极对地人工短路试验的仿真模型，即仿真模型是依据实际工程参数建立的柔直输电模型、依据柔性直流输电系统接地阻抗测试数据建立的接地网络参数模型和依据避雷器参数建立的避雷器电磁暂态模型构成，如PSCAD模型，建立的仿真模型可进行仿真计算。

步骤102、将初始电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出初始单极短路电流。

步骤103、基于电弧长度和初始单极短路电流计算新电弧电阻，并将新电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出新单极短路电流。

电弧长度根据实地试验工况测量得到，例如，试验计划中输电线路上短路点到大地的距离。

基于电弧长度和初始单极短路电流计算新电弧电阻的具体过程为：对初始单极短路电流i

R

其中，预置系数K＝1080.4。

步骤104、基于新电弧电阻和初始电弧电阻判断新单极短路电流是否收敛，若是，则输出新单极短路电流，若否，则将新单极短路电流作为初始单极短路电流，并返回步骤103。

基于新电弧电阻和初始电弧电阻判断新单极短路电流是否收敛，具体的，计算新电弧电阻和初始电弧电阻的差值；判断差值与初始电弧电阻的比值是否小于或等于预置阈值，若是，则判定新单极短路电流收敛，若否，则判定新单极短路电流未收敛。本申请实施例中预置阈值优选为3％，即：当(R

在一种实施例中，在判断到新单极短路电流收敛时，输出1，判断到新单极短路电流未收敛时，输出0。当输出1时，则最终输出新单极短路电流，得到故障电流i，当输出为0时，则将新单极短路电流作为初始单极短路电流，并返回步骤103进行迭代计算，直至新单极短路电流收敛，具体过程可以参考图2。

本申请实施例中，在构建柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型后，对其参数进行校核，以减少模型参数与实际运行参数的误差，保证仿真模型运行结果的准确性；考虑到电弧电阻对单极短路电流的影响，将电弧电阻与仿真模型迭代相结合，直至单极短路电流收敛，进一步确保了计算结果的准确性和可靠性，从而解决了现有技术因为接地电阻、避雷器等参数对故障电流影响较大，使得建模参数与实际运行参数误差较大，以及实际直流侧单极人工短路故障测试时会产生电弧电阻，使得单极短路电流计算准确率较低的技术问题。

以上为本申请提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算方法的一个实施例，以下为本申请提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算装置的一个实施例。

请参考图3，本申请实施例提供的一种柔性直流电网的单极短路电流计算装置，包括：

构建单元301，用于对构建的柔直输电模型、接地网络参数模型和避雷器电磁暂态模型中的参数进行校核，得到仿真模型；

输入单元302，用于将初始电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出初始单极短路电流；

计算单元303，用于基于电弧长度和初始单极短路电流计算新电弧电阻，并将新电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出新单极短路电流；

判断单元304，用于基于新电弧电阻和初始电弧电阻判断新单极短路电流是否收敛，若是，则输出新单极短路电流，若否，则将新单极短路电流作为初始单极短路电流，并触发计算单元303。

作为进一步地改进，计算单元303具体包括：

处理子单元3031，用于对初始单极短路电流进行离散化处理，基于离散化后的初始单极短路电流计算短路电流估计值；

计算子单元3032，用于基于电弧长度和短路电流估计值计算新电弧电阻；

输入子单元3033，用于将新电弧电阻输入仿真模型进行处理，输出新单极短路电流。

作为进一步地改进，计算子单元3032具体用于：

计算电弧长度与预置系数的乘积，并计算乘积与短路电流估计值的比值，得到新电弧电阻。

作为进一步地改进，判断单元304具体用于：

计算新电弧电阻和初始电弧电阻的差值；

判断差值与初始电弧电阻的比值是否小于或等于预置阈值，若是，则判定新单极短路电流收敛，输出新单极短路电流，若否，则判定新单极短路电流未收敛，将新单极短路电流作为初始单极短路电流，并触发计算单元。

本申请实施例还提供一种柔性直流电网的单极短路电流计算设备，设备包括处理器以及存储器；

存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器用于根据程序代码中的指令执行前述柔性直流电网的单极短路电流计算方法实施例中的柔性直流电网的单极短路电流计算方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行前述柔性直流电网的单极短路电流计算方法实施例中的柔性直流电网的单极短路电流计算方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。