柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法及相关组件

1.本发明涉及供电领域，特别是涉及一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法及相关组件。


背景技术：

2.当基于换流器的直流电网的直流输电线路发生短路故障时，由于故障回路中的阻尼较小，换流器中的电容快速放电导致故障电流迅速增大。所以设置了限流元件对直流传输线上的故障电流进行限流，以避免过大的电流对直流电网造成损伤。考虑到单限流元件限流能力有限，故多限流元件配合的限流策略受到广泛关注。多限流元件配合抑制直流电网短路故障电流时，限流元件通过故障电流相互耦合，难以获取各设备参数与故障电流幅值和能量抑制能力的定量关系。相关技术均是在明确一定边界条件和目标后，通过智能算法对限流元件进行优化，并没有将多种限流元件配合抑制故障电流的过程进行分解，多设备配合的机理不清，难以确定各个限流元件的限流能力。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法及相关组件，通过故障电流的变化值或换流器释放的能量的变化值确定限流元件的限流贡献度，更加准确。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，包括：
5.确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压；
6.根据所述电压及所述故障电流确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值；
7.根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值；
8.根据所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值确定所述限流元件的限流贡献度，所述故障电流的变化值与所述限流元件的限流贡献度呈正相关，所述释放的能量的变化值与所述限流元件的限流贡献度呈正相关。
9.另一方面，所述换流器包括三相桥臂，每个桥臂上设置有两个桥臂电感、两个桥臂电阻及2n个子模块，每个所述子模块包括电容、igbt及与igbt反向并联的二极管；
10.确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压之前，还包括：
11.确定所述换流器的等效电阻
12.确定所述换流器的等效电感
13.确定所述换流器的等效电容
14.其中，r1为所述等效电阻，r0为所述桥臂电阻，l1为所述等效电感，l0为所述桥臂电感，c1为所述等效电容，c0为所述桥臂电容，n为每半个桥臂上所述子模块的个数。
15.另一方面，确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压，包括：
16.确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压电流关系式
17.其中，a为所述直流电网中n个节点及b个分支的关联矩阵，a中的元素a
ki
取1表征节点i是分支k的起点，a
ki
取-1表征节点i是分支k的终点，a
ki
取0表征节点i不是分支k的点，i、n、k及b均为正整数，i不大于n，k不大于b，r为所述直流电网中所有电阻的矩阵，所述r矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电阻，l为所述直流电网中所有电感的矩阵，所述l矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电感，u
fcl
表征开关型限流器作为所述限流元件两端的电压；
18.根据电容放电公式及基尔霍夫电流定律kcl确定其中c
c1
、c
c2
至c
c3
为所述直流电网中不同换流器的等效电容。
19.另一方面，确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压之后，还包括：
20.将所述电压电流关系式进行积分计算得到电压电流积分关系式
21.其中，r
σ
为故障回路的总电阻，l
σ
为所述故障回路的总电感，i
dc
(t)为t时刻包括所有限流元件的故障电流，u
c1
(t)为t时刻所述换流器的等效电阻两端的电压，u
fcl
(t)为t时刻开关型限流器作为所述限流元件两端的电压；
22.将所述电压电流积分关系式转换为磁通电流关系式
23.其中，λc(t)为所述换流器产生的磁通，λr(t)为所述故障回路的总电阻产生的磁通，λ
l
(t)为所述故障回路的总电感产生的磁通，λ
fcl
(t)为所述开关型限流器产生的磁通；
24.确定所有可以抑制故障电流的元件产生的磁通量λ
sys
(t)＝λr(t)+λ
l
(t)+λ
fcl
(t)。
25.另一方面，根据所述磁通量确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值，
包括：
26.确定单一所述限流元件抑制前的电容电感关系式其中i
non
(t)为所述限流元件抑制前的故障电流，为所述限流元件抑制前的换流器的等效电容两端的电压，l1为所述换流器的等效电感，c1为所述换流器的等效电容；
27.确定单一所述限流元件抑制后的电容电感关系式其中i
comp
(t)为所述限流元件抑制后的故障电流，为为所述限流元件抑制后的换流器的等效电容两端的电压，u
comp
(t)为所述限流元件提供的反压；
28.根据单一所述限流元件抑制前的电容电感关系式及单一所述限流元件抑制后的电容电感关系式确定所述故障电流的变化值其中λ
comp
表征限流元件产生的磁通，所述限流元件为限流电抗器及故障限流器，为对应的限流元件对故障电流的幅值抑制贡献度。
29.另一方面，根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值之前，还包括：
30.确定所述换流器的等效电压变化值其中δuc为t0至t
dccb
的时间内的电压变化值，t0为故障发生时刻，t
dccb
为所述直流电网中的断路器分断故障电流的时间，i
dc
(t)为所述故障电流，δq(t)为t0至t
dccb
的时间内所述换流器的等效电容的电荷变化，c1为所述换流器的等效电容；
31.根据所述等效电压变化值及能量计算公式确定所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值其中e
dc
(t)为故障发生后的t时刻所述直流电网中的换流器释放的能量，uc(t0)为所述故障发生瞬间的所述换流器的等效电容两端的电压。
32.另一方面，根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值，包括：
33.确定单一抑制元件对所述换流器的等效电容的电荷影响其中δq
comp
为t0到t
dccb
之间所述等效电容的电荷的变化量；
34.根据所述电荷影响确定单一限流元件抑制下所述直流电网中的换流器释放的能
量的变化值
35.其中，e
non
(t)为故障发生后的t时刻所述直流电网不受所述限流元件抑制下的所述换流器的释放的能量，e
comp
(t)故障发生后的t时刻单一限流元件抑制下所述直流电网中的换流器释放的能量；
36.所述单一限流元件的能量抑制贡献度
37.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析系统，包括：
38.电流电压确定单元，用于确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压；
39.电流变化确定单元，用于根据所述电压及所述故障电流确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值；
40.能量变化确定单元，用于根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值；
41.限流能力确定单元，用于根据所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值确定所述限流元件的限流能力，所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值均与所述限流元件的限流能力呈正相关。
42.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析装置，包括：
43.存储器，用于存储计算机程序；
44.处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。
45.为解决上述技术问题，本发明还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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。
46.本发明公开了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，涉及柔性直流系统故障领域，包括确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压；根据电压及故障电流确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值；根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值；根据故障电流的变化值及释放的能量的变化值确定限流元件的限流能力。通过故障电流的变化值确定限流元件的限流贡献度，变化越大限流贡献度越大，或者根据换流器释放的能量的变化值，释放的能量的变化越大限流贡献度越大，从两个角度确定限流元件的限流贡献度，更加准确。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的流程图；
49.图2为本发明提供的一种换流器等效电路转换的示意图；
50.图3为本发明提供的一种直流电网的短路电流的方向示意图；
51.图4为本发明提供的一种直流电网的节点电流的方向示意图；
52.图5为本发明提供的一种直流电网的双极短路的等效电路图；
53.图6a为本发明提供的一种包括所有限流元件的电压电流等效电路；
54.图6b为本发明提供的一种包括所有限流元件的磁通量电流等效电路；
55.图6c为本发明提供的一种无限流元件的磁通量电流等效电路；
56.图6d为本发明提供的一种包括单一限流元件的磁通量电流等效电路；
57.图7为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析系统的结构示意图；
58.图8为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析装置的结构示意图。
具体实施方式
59.本发明的核心是提供一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法及相关组件，通过故障电流的变化值或换流器释放的能量的变化值确定限流元件的限流贡献度，更加准确。
60.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
61.当基于换流器的直流电网的直流输电线路发生短路故障时，由于故障回路中的阻尼较小，换流器中的电容快速放电导致故障电流迅速增大。所以设置了限流元件对直流传输线上的故障电流进行限流，以避免过大的电流对直流电网造成损伤。考虑到单限流元件限流能力有限，故多限流元件配合的限流策略受到广泛关注。多限流元件配合抑制直流电网短路故障电流时，限流元件通过故障电流相互耦合，难以获取各设备参数与故障电流幅值和能量抑制能力的定量关系。相关技术均是在明确一定边界条件和目标后，通过智能算法对限流元件进行优化，并没有将多种限流元件配合抑制故障电流的过程进行分解，多设备配合的机理不清，难以确定各个限流元件的限流能力。
62.图1为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的流程图，该方法包括：
63.s11：确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压；
64.在输电线路出现故障时，换流器作为容性负载会进行放电，所以在线路中设置了限流元件对换流器的放电进行抑制。为了确定限流元件的抑制能力，需要确定故障电流的大小以及各个限流元件两端的电压。通过限流元件抑制前以及抑制后的变化确定限流元件的限流贡献度。故障电流的大小表征当前直流电网的故障严重程度，各个限流元件两端的电压表征换流器在出现故障后进行放电的数量。
65.s12：根据电压及故障电流确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值；
66.考虑到限流元件的种类较多，所以确定只有一个限流元件对故障电流进行抑制时的故障电流的变化值，故障电流的变化值表征了由于限流元件的工作导致了故障电流变小的程度。
67.s13：根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值；
68.考虑到限流元件的种类较多，所以确定只有一个限流元件故障电流进行抑制时的对换流器释放的能量，换流器释放的能量越少越利于直流电网的运行，通过确定释放能量的变化值可以确定限流元件的限流能力。
69.s14：根据故障电流的变化值及释放的能量的变化值确定限流元件的限流贡献度，故障电流的变化值与限流元件的限流贡献度呈正相关，释放的能量的变化值与限流元件的限流贡献度呈正相关。
70.计算获得的故障电流的变化值越大，限流元件限制故障电流幅值的能力越强。计算获得的释放的能量的变化值越大，元件限制mmc转移能量的能力越强，对断路器散热的要求越低。
71.本发明公开了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，涉及柔性直流系统故障领域，包括确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压；根据电压及故障电流确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值；根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值；根据故障电流的变化值及释放的能量的变化值确定限流元件的限流能力。通过故障电流的变化值确定限流元件的限流贡献度，变化越大限流贡献度越大，或者根据换流器释放的能量的变化值，释放的能量的变化越大限流贡献度越大，从两个角度确定限流元件的限流贡献度，更加准确。
72.在上述实施例的基础上：
73.在一些实施例中，换流器包括三相桥臂，每个桥臂上设置有两个桥臂电感、两个桥臂电阻及2n个子模块，每个子模块包括电容、igbt及与igbt反向并联的二极管；
74.确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压之前，还包括：
75.确定换流器的等效电阻
76.确定换流器的等效电感
77.确定换流器的等效电容
78.其中，r1为等效电阻，r0为桥臂电阻，l1为等效电感，l0为桥臂电感，c1为等效电容，c0为桥臂电容，n为每半个桥臂上子模块的个数。
79.当发生双极直流短路时，换流器的子模块电容迅速放电是造成过流的主要原因。换流器等效模型为忽略交流侧馈入电流，且换流器在故障后不采取特殊控制使igbt闭锁的简化rlc放电模型。换流器等效电路的电阻、电感与电容。在故障后8ms内交流侧故障电流馈入可以忽略，rlc等效模型具有较高的精度，可以用于模拟换流器直流侧严重故障后几个毫秒内的暂态特性。
80.请参照图2，图2为本发明提供的一种换流器等效电路转换的示意图；
81.sm1、sm2至smn为子模块，clr为限流元件。通过将换流站进行等效模型转换后，得到的关于换流站的数据更加准确。
82.图3为本发明提供的一种直流电网的短路电流的方向示意图，图4为本发明提供的一种直流电网的节点电流的方向示意图，图5为本发明提供的一种直流电网的双极短路的等效电路图，图6a为本发明提供的一种包括所有限流元件的电压电流等效电路，图6b为本发明提供的一种包括所有限流元件的磁通量电流等效电路，图6c为本发明提供的一种无限流元件的磁通量电流等效电路，图6d为本发明提供的一种包括单一限流元件的磁通量电流等效电路。
83.在一些实施例中，确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压，包括：
84.确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压电流关系式
85.其中，a为直流电网中n个节点及b个分支的关联矩阵，a中的元素a
ki
取1表征节点i是分支k的起点，a
ki
取-1表征节点i是分支k的终点，a
ki
取0表征节点i不是分支k的点，i、n、k及b均为正整数，i不大于n，k不大于b，r为直流电网中所有电阻的矩阵，r矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电阻，l为直流电网中所有电感的矩阵，l矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电感，u
fcl
表征开关型限流器作为限流元件两端的电压；
86.根据电容放电公式及基尔霍夫电流定律kcl确定其中c
c1
、c
c2
至c
c3
为直流电网中不同换流器的等效电容。
87.电容电流方向与电流正方向相反。电容电流根据kcl求得。
88.mmc为换流器，以四个换流器为例，line12即为第一个换流器mmc1与第二个换流器mmc2之间的线路，以此类推。fcl为开关型限流器，dccb为断路器，ldc为电感，根据各个线路上的电流方向确定关联矩阵，设定直流电网中共有b个分支，b个分支上共有n个节点，通过确定各个分支上的节点的电流流向确定节点是否为分支的起点或终点。
89.假设line34之间出现了故障，那么分支line34被划分为两个新的分支line30和line40，分支line34对应的原始矩阵中行修改为两行，故a变为(b+1
×
n)(4
×
5矩阵)，更新后的
90.考虑到直流电网上的传输线为双极传输线，所以r矩阵每个分支上的对角元素为2rij+ri+rj，例如line12上的电阻为2r12+r1+r2。支路ij的非对角元素表示其他支路电流
流过的电阻。每个非对角元素的符号取决于分支电流的参考方向。原始矩阵中与分支ij对应的行和列应修改为两行两列。将这些修改后的矩阵分别定义为rt和lt。rt和lt的维数都是(b+1)
×
(b+1)＝(5
×
5)。由于电阻和电感成对出现，所以r矩阵和l矩阵相似。
[0091][0092][0093]
，i＝[i
12 i
23 i
30 i
40 i
41
]
t
，u＝[u
c1 u
c2 u
c3 u
c4
]
t
。
[0094]
在一些实施例中，确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压之后，还包括：
[0095]
将电压电流关系式进行积分计算得到电压电流积分关系式
[0096][0097]
其中，r
σ
为故障回路的总电阻，l
σ
为故障回路的总电感，i
dc
(t)为t时刻包括所有限流元件的故障电流，u
c1
(t)为t时刻换流器的等效电阻两端的电压，u
fcl
(t)为t时刻开关型限流器作为限流元件两端的电压；
[0098]
将电压电流积分关系式转换为磁通电流关系式
[0099]
其中，λc(t)为换流器产生的磁通，λr(t)为故障回路的总电阻产生的磁通，λ
l
(t)为故障回路的总电感产生的磁通，λ
fcl
(t)为开关型限流器产生的磁通；
[0100]
确定所有可以抑制故障电流的元件产生的磁通量λ
sys
(t)＝λr(t)+λ
l
(t)+λ
fcl
(t)。
[0101]
电压电流积分关系式右侧的各个变量决定了桥臂电抗中的故障电流变化率，即换流器馈入的故障电流变换率。限流设备抑制故障电流的原理是在故障回路中插入一个反向电压，对应减小了故障电流，也降低了等效电容电压下降的速度。为了量化元件对故障电流幅值的影响，需对电流微分方程两端同时积分，将电压电流积分关系式转换为磁通电流关系式。故柔性换流站中任何一个元件对故障电流幅值的影响可通过对应换流站等效电感l1中的磁通量变化量反映。由于故障过程中l1是固定不变的，则故障电流幅值变化量可用等
式右侧各磁通量的变化量，也即元件承受的电压应力对时间的积分来量化。同时，该转化过程说明了桥臂电抗l1中的磁通量变化可解耦为故障回路中不同元件的磁通量变化。各个限流元件产生的磁通量变化可通过故障期间元件两端的电压对时间的积分计算得到。因此各个限流元件产生电压的能力和正负对应其改变故障电流能力的大小。式中，c1持续产生正电压，令故障电流增大；r
σ
、l
σ
和fcl产生负电压，令故障电流减小。将所有令故障电流减小的阻抗元件归类，定义λ
sys
为所有可以抑制故障电流的元件产生磁通之和。
[0102]
在一些实施例中，根据磁通量确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值，包括：
[0103]
确定单一限流元件抑制前的电容电感关系式其中i
non
(t)为限流元件抑制前的故障电流，为限流元件抑制前的换流器的等效电容两端的电压，l1为换流器的等效电感，c1为换流器的等效电容；
[0104]
确定单一限流元件抑制后的电容电感关系式其中i
comp
(t)为限流元件抑制后的故障电流，为为限流元件抑制后的换流器的等效电容两端的电压，u
comp
(t)为限流元件提供的反压；
[0105]
根据单一限流元件抑制前的电容电感关系式及单一限流元件抑制后的电容电感关系式确定故障电流的变化值其中λ
comp
表征限流元件产生的磁通，所述限流元件为限流电抗器及故障限流器，为对应的限流元件对故障电流的幅值抑制贡献度。
[0106]
磁链只能用于电感电路的计算、对于电容这个磁链物理上是不存在的，所以我们称之为“虚拟磁链”，因此计算仍需要通过列写v-i方程。故障电流受某一元件抑制的效果可通过将λ
sys
中对应的项，作为λ
comp
具体是什么要根据限流元件决定，可能为限流电抗器或故障限流器，限流电抗器及故障限流器可以为容性、阻性、感性及其中两种或三种的组合。通过对故障电流在限流元件抑制前和抑制后的电流差，确定限流元件对故障电流的幅值抑制贡献度，电流变化越大，幅值抑制贡献度越大。
[0107]
在一些实施例中，根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值之前，还包括：
[0108]
确定换流器的等效电压变化值其中δuc为t0至t
dccb
的时间内的电压变化值，t0为故障发生时刻，t
dccb
为直流电网中的断路器分断故障电流的时间，i
dc
(t)为故障电流，δq(t)为t0至t
dccb
的时间内换流器的等效电容的电荷变化，c1为换流器的等效电容；
[0109]
根据等效电压变化值及能量计算公式确定直流电网中的换流器释放的能量的变化值其中e
dc
(t)为故障发生后的t时刻直流电网中的换流器释放的能量，uc(t0)为故障发生瞬间的换流器的等效电容两端的电压。
[0110]
由于mmc电压变化和其释放的能量之间是二次函数关系(电容放电公式e＝1/2cu2，二次函数关系而非线性关系，只能通过计算获得)，因此不能直接通过前述步骤中的线性电压降关系计算限流设备对故障电流能量的抑制贡献度。由电容放电的公式可知等式两端积分并结合电荷量与电流的关系得到t0至t
dccb
时间段内换流器等效电压变化量。
[0111]
根据电容的放电关系式确定换流器释放能量的计算方法。
[0112]
在一些实施例中，根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值，包括：
[0113]
确定单一抑制元件对换流器的等效电容的电荷影响其中δq
comp
为t0到t
dccb
之间等效电容的电荷的变化量；
[0114]
根据电荷影响确定单一限流元件抑制下直流电网中的换流器释放的能量的变化值
[0115]
其中，e
non
(t)为故障发生后的t时刻直流电网不受限流元件抑制下的换流器的释放的能量，e
comp
(t)故障发生后的t时刻单一限流元件抑制下直流电网中的换流器释放的能量；
[0116]
单一限流元件的能量抑制贡献度
[0117]
考虑实际工程中故障电流的数量级一般为-ka级，换流器转移的能量主要由等式右侧第一项决定，即与δq(t)成正比。且e
dc
(t)在断路器动作之前单调递增。因此可以定义限流设备单独抑制故障电流与故障电流不受抑制时相比减小的δq(t)，占多种限流设备配合抑制故障电流时减小δq(t)的比例，即为其故障电流能量抑制贡献度。
[0118]
综上，计算了单一限流元件对故障电流限流时的故障电流的幅值抑制贡献度及单一限流元件的能量抑制贡献度，计算获得的故障电流幅值抑制贡献度越大，元件限制故障电流幅值的能力越强。同理，计算获得的故障电流能量抑制贡献度越大，元件限制换流器转移能量的能力越强，对断路器散热的要求越低。依次确定每个限流元件单独抑制时的故障电流的幅值抑制贡献度及单一限流元件的能量抑制贡献度，可以确定每种限流元件的限流能力。
[0119]
图7为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析系统的结构示意图该系统包括：
[0120]
电流电压确定单元71，用于确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件
两端的电压；
[0121]
电流变化确定单元72，用于根据电压及故障电流确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值；
[0122]
能量变化确定单元73，用于根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值；
[0123]
限流能力确定单元74，用于根据故障电流的变化值及释放的能量的变化值确定限流元件的限流能力，故障电流的变化值及释放的能量的变化值均与限流元件的限流能力呈正相关。
[0124]
在上述实施例的基础上，
[0125]
换流器包括三相桥臂，每个桥臂上设置有两个桥臂电感、两个桥臂电阻及2n个子模块，每个子模块包括电容、igbt及与igbt反向并联的二极管；
[0126]
还包括等效电阻确定单元，用于确定换流器的等效电阻
[0127]
等效电感确定单元，用于确定换流器的等效电感
[0128]
等效电容确定单元，用于确定换流器的等效电容
[0129]
其中，r1为等效电阻，r0为桥臂电阻，l1为等效电感，l0为桥臂电感，c1为等效电容，c0为桥臂电容，n为每半个桥臂上子模块的个数。
[0130]
电流电压确定单元71，具体用于确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压电流关系式
[0131]
其中，a为直流电网中n个节点及b个分支的关联矩阵，a中的元素a
ki
取1表征节点i是分支k的起点，a
ki
取-1表征节点i是分支k的终点，a
ki
取0表征节点i不是分支k的点，i、n、k及b均为正整数，i不大于n，k不大于b，r为直流电网中所有电阻的矩阵，r矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电阻，l为直流电网中所有电感的矩阵，l矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电感，u
fcl
表征开关型限流器作为限流元件两端的电压；
[0132]
参数确定单元，用于根据电容放电公式及基尔霍夫电流定律kcl确定其中c
c1
、c
c2
至c
c3
为直流电网中不同换流器的等效电容。
[0133]
电压电流积分确定单元，用于将电压电流关系式进行积分计算得到电压电流积分
关系式
[0134]
其中，r
σ
为故障回路的总电阻，l
σ
为故障回路的总电感，i
dc
(t)为t时刻包括所有限流元件的故障电流，u
c1
(t)为t时刻换流器的等效电阻两端的电压，u
fcl
(t)为t时刻开关型限流器作为限流元件两端的电压；
[0135]
磁通转换单元，用于将电压电流积分关系式转换为磁通电流关系式
[0136]
其中，λc(t)为换流器产生的磁通，λr(t)为故障回路的总电阻产生的磁通，λ
l
(t)为故障回路的总电感产生的磁通，λ
fcl
(t)为开关型限流器产生的磁通；
[0137]
确定所有可以抑制故障电流的元件产生的磁通量λ
sys
(t)＝λr(t)+λ
l
(t)+λ
fcl
(t)。
[0138]
第一电容电感确定单元，用于确定单一限流元件抑制前的电容电感关系式其中i
non
(t)为限流元件抑制前的故障电流，为限流元件抑制前的换流器的等效电容两端的电压，l1为换流器的等效电感，c1为换流器的等效电容；
[0139]
第二电容电感确定单元，用于确定单一限流元件抑制后的电容电感关系式其中i
comp
(t)为限流元件抑制后的故障电流，为为限流元件抑制后的换流器的等效电容两端的电压，u
comp
(t)为限流元件提供的反压；
[0140]
电流变化确定单元72，具体用于根据单一限流元件抑制前的电容电感关系式及单一限流元件抑制后的电容电感关系式确定故障电流的变化值其中λ
comp
表征限流元件产生的磁通，所述限流元件为限流电抗器及故障限流器，为对应的限流元件对故障电流的幅值抑制贡献度。
[0141]
等效电压变化值确定单元，用于确定换流器的等效电压变化值
其中δuc为t0至t
dccb
的时间内的电压变化值，t0为故障发生时刻，t
dccb
为直流电网中的断路器分断故障电流的时间，i
dc
(t)为故障电流，δq(t)为t0至t
dccb
的时间内换流器的等效电容的电荷变化，c1为换流器的等效电容；
[0142]
能量值确定单元，用于根据等效电压变化值及能量计算公式确定直流电网中的换流器释放的能量的变化值其中e
dc
(t)为故障发生后的t时刻直流电网中的换流器释放的能量，uc(t0)为故障发生瞬间的换流器的等效电容两端的电压。
[0143]
电荷影响确定单元，用于确定单一抑制元件对换流器的等效电容的电荷影响其中δq
comp
为t0到t
dccb
之间等效电容的电荷的变化量；
[0144]
能量变化确定单元73，具体用于根据电荷影响确定单一限流元件抑制下直流电网中的换流器释放的能量的变化值
[0145]
其中，e
non
(t)为故障发生后的t时刻直流电网不受限流元件抑制下的换流器的释放的能量，e
comp
(t)故障发生后的t时刻单一限流元件抑制下直流电网中的换流器释放的能量；
[0146]
单一限流元件的能量抑制贡献度
[0147]
图8为本发明提供的一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析装置的结构示意图，该装置包括：
[0148]
存储器81，用于存储计算机程序；
[0149]
处理器82，用于执行计算机程序时实现如上述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。
[0150]
本技术提供的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析装置的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。
[0151]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。
[0152]
本技术提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。
[0153]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0154]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0155]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，包括：确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压；根据所述电压及所述故障电流确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值；根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值；根据所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值确定所述限流元件的限流贡献度，所述故障电流的变化值与所述限流元件的限流贡献度呈正相关，所述释放的能量的变化值与所述限流元件的限流贡献度呈正相关。2.如权利要求1所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，所述换流器包括三相桥臂，每个桥臂上设置有两个桥臂电感、两个桥臂电阻及2n个子模块，每个所述子模块包括电容、igbt及与igbt反向并联的二极管；确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压之前，还包括：确定所述换流器的等效电阻确定所述换流器的等效电感确定所述换流器的等效电容其中，r1为所述等效电阻，r0为所述桥臂电阻，l1为所述等效电感，l0为所述桥臂电感，c1为所述等效电容，c0为所述桥臂电容，n为每半个桥臂上所述子模块的个数。3.如权利要求1所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压，包括：确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压电流关系式其中，a为所述直流电网中n个节点及b个分支的关联矩阵，a中的元素a
ki
取1表征节点i是分支k的起点，a
ki
取-1表征节点i是分支k的终点，a
ki
取0表征节点i不是分支k的点，i、n、k及b均为正整数，i不大于n，k不大于b，r为所述直流电网中所有电阻的矩阵，所述r矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电阻，l为所述直流电网中所有电感的矩阵，所述l矩阵的每个对角元素表征分支方程路径中的所有电感，u
fcl
表征开关型限流器作为所述限流元件两端的电压；根据电容放电公式及基尔霍夫电流定律kcl确定其中c
c1
、c
c2
至c
c3
为所述直流电网中不同换流器的等效电容。4.如权利要求3所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，确
定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压之后，还包括：将所述电压电流关系式进行积分计算得到电压电流积分关系式其中，r
σ
为故障回路的总电阻，l
σ
为所述故障回路的总电感，i
dc
(t)为t时刻包括所有限流元件的故障电流，u
c1
(t)为t时刻所述换流器的等效电阻两端的电压，u
fcl
(t)为t时刻开关型限流器作为所述限流元件两端的电压；将所述电压电流积分关系式转换为磁通电流关系式其中，λ
c
(t)为所述换流器产生的磁通，λ
r
(t)为所述故障回路的总电阻产生的磁通，λ
l
(t)为所述故障回路的总电感产生的磁通，λ
fcl
(t)为所述开关型限流器产生的磁通；确定所有可以抑制故障电流的元件产生的磁通量λ
sys
(t)＝λ
r
(t)+λ
l
(t)+λ
fcl
(t)。5.如权利要求4所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，根据所述磁通量确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值，包括：确定单一所述限流元件抑制前的电容电感关系式其中i
non
(t)为所述限流元件抑制前的故障电流，为所述限流元件抑制前的换流器的等效电容两端的电压，l1为所述换流器的等效电感，c1为所述换流器的等效电容；确定单一所述限流元件抑制后的电容电感关系式其中i
comp
(t)为所述限流元件抑制后的故障电流，为为所述限流元件抑制后的换流器的等效电容两端的电压，u
comp
(t)为所述限流元件提供的反压；根据单一所述限流元件抑制前的电容电感关系式及单一所述限流元件抑制后的电容电感关系式确定所述故障电流的变化值其中λ
comp
表征限流
元件产生的磁通，所述限流元件为限流电抗器及故障限流器，为对应的限流元件对故障电流的幅值抑制贡献度。6.如权利要求1所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值之前，还包括：确定所述换流器的等效电压变化值其中δu
c
为t0至t
dccb
的时间内的电压变化值，t0为故障发生时刻，t
dccb
为所述直流电网中的断路器分断故障电流的时间，i
dc
(t)为所述故障电流，δq(t)为t0至t
dccb
的时间内所述换流器的等效电容的电荷变化，c1为所述换流器的等效电容；根据所述等效电压变化值及能量计算公式确定所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值其中e
dc
(t)为故障发生后的t时刻所述直流电网中的换流器释放的能量，u
c
(t0)为所述故障发生瞬间的所述换流器的等效电容两端的电压。7.如权利要求6所述的柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法，其特征在于，根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值，包括：确定单一抑制元件对所述换流器的等效电容的电荷影响其中δq
comp
为t0到t
dccb
之间所述等效电容的电荷的变化量；根据所述电荷影响确定单一限流元件抑制下所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值其中，e
non
(t)为故障发生后的t时刻所述直流电网不受所述限流元件抑制下的所述换流器的释放的能量，e
comp
(t)故障发生后的t时刻单一限流元件抑制下所述直流电网中的换流器释放的能量；所述单一限流元件的能量抑制贡献度8.一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析系统，其特征在于，包括：电流电压确定单元，用于确定直流电网的故障电流及所述直流电网中各个限流元件两端的电压；电流变化确定单元，用于根据所述电压及所述故障电流确定在单一限流元件抑制下，所述故障电流的变化值；能量变化确定单元，用于根据所述电压及所述电流确定在单一限流元件抑制下，所述直流电网中的换流器释放的能量的变化值；限流能力确定单元，用于根据所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值确定
所述限流元件的限流能力，所述故障电流的变化值及所述释放的能量的变化值均与所述限流元件的限流能力呈正相关。9.一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析装置，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种柔性直流电网限流元件的限流贡献度分析方法及相关组件，涉及柔性直流系统故障领域，包括确定直流电网的故障电流及直流电网中各个限流元件两端的电压；根据电压及故障电流确定在单一限流元件抑制下，故障电流的变化值；根据电压及电流确定在单一限流元件抑制下，直流电网中的换流器释放的能量的变化值；根据故障电流的变化值及释放的能量的变化值确定限流元件的限流能力。通过故障电流的变化值确定限流元件的限流贡献度，变化越大限流贡献度越大，或者根据换流器释放的能量的变化值，释放的能量的变化越大限流贡献度越大，从两个角度确定限流元件的限流贡献度，更加准确。加准确。加准确。


技术研发人员：王洪彬 周念成 魏能峤 周丹莹 何荷 黄睿灵 王伟 余红欣 何燕 陈迅
受保护的技术使用者：重庆大学 国家电网有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/30