±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法

摘要

本发明提供一种±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法，包括确定±10kV柔性直流配电网的接入负荷，并获取±10kV柔性直流配电网与交流电网相连形成的系统拓扑结构；将系统拓扑结构进行区域划分，得到主换流器区域和接入设备区域，并分别确定主换流器区域和接入设备区域中的关键设备及每一关键设备对应的决定性故障工况；通过预设的仿真软件，对所有关键设备的决定性故障工况进行仿真，得到流过各关键设备分别对应的暂态电流。实施本发明，能够为±10kV柔性直流配电网关键设备的设计、选型提供了参考，极大地推进了柔性直流配电网发展。

说明书

技术领域

本发明涉及智能配电网接入技术领域，尤其涉及一种±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法。

背景技术

电力系统中设备的暂态电流是指电气设备在电力系统发生的各类故障工况下，可能承受的最大故障电流，然而关键设备的暂态电流是校验设备电动力稳定度的主要依据，也是设备选型和制造的重要参数。

随着柔性直流输电技术的发展，柔性直流输电网中关键设备的暂态电流确定方法研究也相继展开。柔性直流输电网中关键设备的暂态电流的确定方法，在考虑其特有的拓扑结构、关键设备、故障工况、保护配置的基础上，参考了高压直流输电网暂态电流的确定方法和步骤，然而高压直流输电网暂态电流的确定方法仅适用于基于晶闸管换流阀的高压直流输电网，因此使得柔性直流输电网中关键设备的暂态电流确定方法尚未形成统一的标准，现有方案的有效性及可靠性也有待进一步验证。

由于±10kV柔性直流配电网在其直流线路上接入了交流敏感负荷、交流微网、直流微网、大容量储能装置，故拓扑结构、关键设备、保护配置与传统高压直流输电网、柔性直流输电网有较大差异。因此，±10kV柔性直流配电网关键设备的暂态电流水平确定方法尚需要进行系统深入研究。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法，能够为±10kV柔性直流配电网关键设备的设计、选型提供了参考，极大地推进了柔性直流配电网发展。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法，所述方法包括：

a、确定±10kV柔性直流配电网的接入负荷，并获取所述±10kV柔性直流配电网与交流电网相连形成的系统拓扑结构；

b、将所述获取到的系统拓扑结构进行区域划分，得到主换流器区域和接入设备区域，并确定所述主换流器区域中的关键设备及每一关键设备对应的决定性故障工况，以及确定所述接入设备区域中的关键设备及每一关键设备对应的决定性故障工况；

c、通过预设的仿真软件，对所有关键设备的决定性故障工况进行仿真，得到流过各关键设备分别对应的暂态电流。

其中，所述步骤a具体包括：

当确定所述±10kV柔性直流配电网的接入负荷为交流敏感负荷、交流微网、直流微网、大容量储能装置之中其一种或其多种时，将所述确定的接入负荷中的交流敏感负荷和/或交流微网通过换流器与所述±10kV柔性直流配电网的直流线路相连；和/或

将所述确定的接入负荷中的直流微网和/或大容量储能装置通过直流变压器与所述±10kV柔性直流配电网的直流线路相连；

待所述±10kV柔性直流配电网的直流线路与所述确定的接入负荷相连后，进一步通过主换流器与所述交流电网相连得到系统拓扑结构。

其中，所述步骤b具体包括：

将所述±10kV柔性直流配电网与所述交流电网相连的主换流器及其周边设备所构成的区域划分为所述主换流器区域，并将所述±10kV柔性直流配电网中各接入负荷及其对应的换流器或直流变压器所组成的区域划分为所述接入设备区域；

确定所述主换流器区域中的关键设备为交流母线、主换流器、桥臂电抗器、换流阀单元、直流电抗器、直流断路器之中其一种或其多种，并进一步确定所述主换流器区域中各关键设备的决定性故障工况；

确定所述接入设备区域中的关键设备为换流器、直流变压器之中其一种或其多种，并进一步确定所述接入设备区域中各关键设备的决定性故障工况。

其中，当确定所述主换流器区域中的关键设备为交流母线时，所述交流母线的决定性故障工况为三相接地短路。

其中，当确定所述接入设备区域中的关键设备为直流变压器时，所述直流变压器的决定性故障工况为直流变压器的直流母线双极短路。

其中，所述方法进一步包括：

结合所述±10kV柔性直流配电网与所述交流电网相连形成的系统保护动作情况，筛选出暂态电流的电流幅值超出预设条件的关键设备，并在所筛选的关键设备之其中任一位于所述系统拓扑结构连接的线路上串接有一限流电抗器。

其中，所述方法进一步包括：

对所述串接有一限流电抗器的关键设备在其对应的决定性故障工况重新进行仿真，得到所述串接有一限流电抗器的关键设备的暂态电流，并待检测到所述得到的串接有限流电抗器的关键设备的暂态电流的电流幅值超出所述预设条件后，替换所述串接的限流电抗器，直至检测到所述限流电抗器替换后的关键设备的暂态电流的电流幅值位于所述预设条件之中为止。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流的确定基于常规的系统保护配置之上，结合系统拓扑结构，划分出主换流器区域和接入设备区域，确定出两个区域中各个关键设备的暂态电流决定性故障工况，然后具体计算出决定性故障工况下，流过各个设备的暂态电流幅值，有助于更高效、准确地确定关键设备及关键设备的决定性故障工况，能够为±10kV柔性直流配电网关键设备的设计、选型提供了参考，极大地推进了柔性直流配电网发展；

2、在本发明实施例中，由于结合系统的保护动作情况，提出有效的限流措施（如串接限流电抗器），使系统的保护装置可以在规定的时间内隔离或切除故障，避免关键设备受到过大的暂态电流冲击，充分保证了在实际工程中关键设备对暂态电流的耐受能力，使得实际工程中的设备更加安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法中±10kV柔性直流配电网与交流电网形成的系统拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流确定方法，所述方法包括：

步骤S1、确定±10kV柔性直流配电网的接入负荷，并获取所述±10kV柔性直流配电网与交流电网相连形成的系统拓扑结构；

具体过程为，±10kV柔性直流配电网具有供电可靠性高、电能质量高、方便分布式电源接入、方便直流负荷接入等功能特点。其中，系统接入负荷包括：交流敏感负荷、交流微网、直流微网、大容量储能装置。

因此，当±10kV柔性直流配电网的接入负荷为交流敏感负荷、交流微网、直流微网、大容量储能装置之中其一种或其多种时，将接入负荷中的交流敏感负荷和/或交流微网通过换流器与±10kV柔性直流配电网的直流线路相连；和/或将接入负荷中的直流微网和/或大容量储能装置通过直流变压器与±10kV柔性直流配电网的直流线路相连；并且，待±10kV柔性直流配电网的直流线路与确定的接入负荷相连后，进一步通过主换流器与交流电网相连得到系统拓扑结构。

作为一个例子，如图2所示，为接入负荷包括交流敏感负荷、交流微网、直流微网和大容量储能装置的±10kV柔性直流配电网与交流电网形成的系统拓扑结构示意图。

步骤S2、将所述获取到的系统拓扑结构进行区域划分，得到主换流器区域和接入设备区域，并确定所述主换流器区域中的关键设备及每一关键设备对应的决定性故障工况，以及确定所述接入设备区域中的关键设备及每一关键设备对应的决定性故障工况；

具体过程为，将±10kV柔性直流配电网与交流电网相连的主换流器及其周边设备所构成的区域划分为主换流器区域，并将±10kV柔性直流配电网中各接入负荷及其对应的换流器或直流变压器所组成的区域划分为接入设备区域；

确定主换流器区域中的关键设备为交流母线、主换流器、桥臂电抗器、换流阀单元、直流电抗器、直流断路器之中其一种或其多种，并进一步确定主换流器区域中各关键设备的决定性故障工况；

确定接入设备区域中的关键设备为换流器、直流变压器之中其一种或其多种，并进一步确定接入设备区域中各关键设备的决定性故障工况。

在本发明实施例中，交流母线可能发生的故障有：单相接地短路、两相接地短路、两相间短路、三相接地短路；主换流器桥臂可能发生的故障有：阀底接地短路、桥臂短路；换流器和直流变压器的直流母线可能发生的故障有：单极接地短路、双极短路。

作为一个例子，当主换流器区域中的关键设备为交流母线时，交流母线的决定性故障工况为三相接地短路；当接入设备区域中的关键设备为直流变压器时，直流变压器的决定性故障工况为直流变压器的直流母线双极短路。

步骤S3、通过预设的仿真软件，对所有关键设备的决定性故障工况进行仿真，得到流过各关键设备分别对应的暂态电流。

具体过程为，在PSCAD/EMTDC软件中建立系统各个组成部分的电磁暂态模型，在仿真模型中确定所有关键设备及其决定性故障工况。从而得到流过各关键设备分别对应的暂态电流。

考虑到发生决定性故障工况后，系统断路器可以切断的最大短路电流以及断路器开断的时间，最大限度的保护±10kV柔性直流配电网安全，需要确定装设限流电抗器及其对应的位置，因此所述方法进一步包括：

结合±10kV柔性直流配电网与交流电网相连形成的系统保护动作情况，筛选出暂态电流的电流幅值超出预设条件的关键设备，并在所筛选的关键设备之其中任一位于所述系统拓扑结构连接的线路上串接有一限流电抗器。

为了确保串接的限流电抗器能够起到避免关键设备受到过大的暂态电流冲击，使得实际工程中的关键设备更加安全可靠，因此需要替换不合理的限流电抗器，因此所述方法进一步包括：

对串接有一限流电抗器的关键设备在其对应的决定性故障工况重新进行仿真，得到上述串接有一限流电抗器的关键设备的暂态电流，并待检测到上述串接有限流电抗器的关键设备的暂态电流的电流幅值超出预设条件后，替换上述串接的限流电抗器，直至检测到限流电抗器替换后的关键设备的暂态电流的电流幅值位于预设条件之中为止。

作为一个例子，接入设备区域中，直流变压器的决定性故障工况为直流变压器的直流母线双极短路故障，通过仿真结果可以得到，当发生该故障时，流过直流变压器直流母线的暂态电流骤增，在1ms内达到了几千安培，而直流断路器最大关断电流仅为3.6-5kA，关断时间为3ms，因此需要在直流变压器的直流母线上串联限流电抗器限制该暂态电流的幅值和上升速率。

但是串接的限流电抗器不一定能够对暂态电流起到限制效果，因此需进一步尝试串联1mH、5mH、8mH的限流电抗器，比较不同阻值的限流电抗器对暂态电流的限制效果，选取可以将暂态电流幅值限制在5kA以内，且上升至峰值的时间小于3ms的限流电抗器。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于±10kV柔性直流配电网关键设备暂态电流的确定基于常规的系统保护配置之上，结合系统拓扑结构，划分出主换流器区域和接入设备区域，确定出两个区域中各个关键设备的暂态电流决定性故障工况，然后具体计算出决定性故障工况下，流过各个设备的暂态电流幅值，有助于更高效、准确地确定关键设备及关键设备的决定性故障工况，能够为±10kV柔性直流配电网关键设备的设计、选型提供了参考，极大地推进了柔性直流配电网发展；

2、在本发明实施例中，由于结合系统的保护动作情况，提出有效的限流措施（如串接限流电抗器），使系统的保护装置可以在规定的时间内隔离或切除故障，避免关键设备受到过大的暂态电流冲击，充分保证了在实际工程中关键设备对暂态电流的耐受能力，使得实际工程中的设备更加安全可靠。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。