一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置

1.本发明涉及直流系统故障领域，特别是涉及一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置。


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。所以设置了限流设备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。考虑到单限流设备限流能力有限，故多限流设备配合的限流策略受到广泛关注。限流设备的动作时序极大影响其限流效果，在故障刚发生时限流设备对故障电流的限流能力最强，当多限流设备配合时，限流设备的限流能力通过故障电流相互耦合，导致它们表现出的故障限流特征与单独工作时不同，难以分析各限流设备对动作时序的灵敏度，因此难以根据多种类型故障限流设备的特性获得最优的动作时序配合方式。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置，根据设备具体的类型以及类型对应的贡献度确定恰当的接入电网的时间，进而产生更好的限流效果。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法，直流电网包括依次连接的换流器、限流电感及直流输电线，所述换流器用于将交流电转换为直流电；
5.所述直流电网故障限流设备动作时序确定方法包括：
6.确定直流输电线上的故障电流的大小；
7.根据所述故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间所述限流设备两端的电压；
8.根据所述电压确定所述限流设备对所述直流电网产生的贡献度，所述贡献度与所述限流设备开始限流后的故障电流及开始限流前的故障电流的差呈正相关，所述直流电网发生故障的时间与所述限流设备开始限流的时间的时间差与所述贡献度呈负相关；
9.根据所述贡献度确定所述限流设备开始限流的时间。
10.可选的，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n
sm
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；
11.确定直流输电线上的故障电流的大小之前，还包括：
12.确定所述换流器的等效电阻
13.确定所述换流器的等效电感
14.确定所述换流器的等效电容
15.其中，r
eq
为所述等效电阻，r0为所述桥臂电阻，∑r
on
为导通的所述igbt及所述二极管的阻值的和，l
eq
为所述等效电感，l0为所述桥臂电感，c
eq
为所述等效电容，c0为所述桥臂电容，n
sm
为每个桥臂上所述子模块的个数。
16.可选的，确定直流输电线上的故障电流的大小，包括：
17.根据第一关系式及第二关系式确定所述直流输电线上的故障电流
18.其中，l
dc
为所述限流电感的电感值，i
dc0
为所述限流设备开始限流前的所述故障电流，u
dc
为所述换流器的直流端的电压，τ
dc
为放电时间常数，ω
dc
为所述故障电流的角频率，θ
dc
为所述故障电流的初始相角，r
dc
为所述直流电网除所述换流器之外的等效电阻。
19.可选的，所述限流设备为潮流控制器时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间所述限流设备两端的电压，包括：
20.根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述潮流控制器由控制潮流转换为限流时，所述限流设备两端的电压
21.其中u
cfc
为所述潮流控制器两端的电压，c
cfc
为所述潮流控制器的等效电容，uc为所述等效电容两端的电压，t
cfc
《t≤t
dccb
，t
cfc
为所述潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流。
22.可选的，在所述限流设备为开关型限流器时，所述限流设备包括控制支路及限流支路；
23.根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述限流设备限流期间所述限流设备两端的电压，包括：
24.根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压。
25.可选的，所述限流支路包括电阻、电感、所述电阻与所述电感串联及所述电阻与所述电感并联中的一种；
26.根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：
27.在所述限流支路为所述电阻时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压
28.在所述限流支路为所述电感时，确定限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压
29.在所述限流支路为所述电阻与所述电感串联时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压
[0030][0031]
在所述限流支路为所述电阻与所述电感并联时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压所述故障电流满足所述换流器的直流端的电压满足
[0032]
其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，lf为所述电感的值，rf为所述电阻的阻值，t
fcl
《t≤t
dccb
，为以所述电阻为限流支路时所述限流设备两端的电压，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，ts为控制支路从导通到关断的时间，为以所述电感为限流支路时所述限流设备两端的电压，t
fcl+
为所述限流支路接入后所述电感的电压跳变的时间，为以所述电阻与所述电感串联为限流支路时所述限流设备两端的电压，i
lf
为流经所述电感的故障电流，为以所述电阻与所述电感并联为限流支路时所述限流设备两端的电压。
[0033]
可选的，在所述限流支路为电感与金属氧化物避雷器并联时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：
[0034]
判断所述故障电流是否大于所述电感的电流；
[0035]
若大于，则确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为流经所述金属氧化物避雷器的电流满足所述故障电流满足
所述换流器的直流端的电压满足
[0036]
若不大于，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为
[0037]
其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，lf为所述电感的值，为以所述电感与所述金属氧化物避雷器并联为限流支路时所述限流设备两端的电压，u
moa
[i
moa
，un]为所述金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经所述金属氧化物避雷器的电流，un为所述金属氧化物避雷器的参考电压，t
fcl
《t≤t
dccb
，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，i
lf
为流经所述电感的电流。
[0038]
可选的，在所述限流支路为电阻与金属氧化物避雷器并联时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：
[0039]
判断所述电阻两端的电压是否大于金属氧化物避雷器的参考电压；
[0040]
若不大于，则确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为
[0041]
若大于，则确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为流经所述金属氧化物避雷器的电流满足所述故障电流满足所述换流器的直流端的电压满足
[0042]
其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，为以所述电阻与所述金属氧化物避雷器并联为限流支路时所述限流设备两端的电压，rf为所述电阻的阻值，u
moa
[i
moa
，un]为所述金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经所述金属氧化物避雷器的电流，un为所述金属氧化物避雷器的参考电压。
[0043]
可选的，根据所述电压确定所述限流设备对所述直流电网产生的贡献度，包括：
[0044]
确定所述限流设备开始限流前的所述故障电流其中l
eq
为所述换流器的等效电感，i
dc0
为接入所述限流设备前的所述故障电流，u
ceq
为所述换流器的等效电容两端的电压，为所述限流设备、限流电感及所述换流器的等效电阻的两端电压，为所述限流设备、限流电感及所述换流器的等效电感的两端电压；
[0045]
确定所述限流设备开始限流后的所述故障电流其中i
dc
为接入所述限流设备后的所
述故障电流，u
fcl
为所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压；
[0046]
将所述限流设备开始限流之前和之后的所述故障电流转换为磁通关系式得到及
[0047]
其中，λc(t)＝∫u
ceq
(t)dt，λr(t)＝r
σ
∫i
dc
(t)，λ
l
(t)＝l
σidc
(t)，λc为所述换流器产生的磁通量，λr为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电阻产生的磁通量，r
σ
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电阻，λ
l
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电感产生的磁通量，l
σ
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电感；
[0048]
当所述限流设备为潮流控制器时，所述磁通关系式确定所述限流设备的贡献度为
[0049]
当所述限流设备为开关型限流器时，所述磁通关系式确定所述限流设备的贡献度为
[0050]
其中，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
cfc
为所述潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间。
[0051]
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种直流电网故障限流设备动作时序确定装置，包括：
[0052]
存储器，用于存储计算机程序；
[0053]
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述直流电网故障限流设备动作时序确定方法的步骤。
[0054]
本发明公开了一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置，应用于直流系统故障领域，包括确定直流输电线上的故障电流的大小；根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压；根据电压确定限流设备对直流电网产生的贡献度；根据贡献度确定限流设备接入直流电网的时间。由于限流设备在故障发生后，越早接入直流电网，产生的限流效果越好，根据设备具体的类型以及类型对应的贡献度确定恰当的接入电网的时间，进而产生更好的限流效果。
附图说明
[0055]
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。
[0056]
图1为本发明提供的一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法的流程图；
[0057]
图2为本发明提供的一种换流器的结构示意图；
[0058]
图3为本发明提供的一种潮流控制器的结构示意图；
[0059]
图4为本发明提供的一种开关型限流设备的结构示意图；
[0060]
图5为本发明提供的一种直流电网故障限流设备动作时序确定装置的结构示意
图。
具体实施方式
[0061]
本发明的核心是提供一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置，根据设备具体的类型以及类型对应的贡献度确定恰当的接入电网的时间，进而产生更好的限流效果。
[0062]
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。
[0063]
图1为本发明提供的一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法的流程图，直流电网包括依次连接的换流器、限流电感及直流输电线，换流器用于将交流电转换为直流电；
[0064]
直流电网故障限流设备动作时序确定方法包括：
[0065]
s11：确定直流输电线上的故障电流的大小；
[0066]
s12：根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压；
[0067]
s13：根据电压确定限流设备对直流电网产生的贡献度，贡献度与限流设备开始限流后的故障电流及开始限流前的故障电流的差呈正相关，直流电网发生故障的时间与开始限流的时间的时间差与贡献度呈负相关；
[0068]
s14：根据贡献度确定限流设备开始限流的时间。
[0069]
在直流输电线出现故障时，会产生故障电流，进而使用限流设备对故障电流进行限流。需要预先确定故障电流的大小，进而根据故障电流确定限流设备的最佳接入时间。不同类型的限流设备在开始限流时设备两端的电压不同，根据故障电流及设备自身确定设备两端的电压。
[0070]
根据电压可以确定限流设备对直流电网产生的贡献度，可以理解的是当限流设备接入电网前后的电流的差呈正相关，当电流的差越大证明限流设备产生的作用越大，贡献度越高。在故障开始之后，限流设备越早进行限流，贡献度越高。根据限流设备的贡献度可以确定限流设备开始限流的时间。
[0071]
本技术提供了一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置，应用于直流系统故障领域，包括确定直流输电线上的故障电流的大小；根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压；根据电压确定限流设备对直流电网产生的贡献度；根据贡献度确定限流设备接入直流电网的时间。由于限流设备在故障发生后，越早接入直流电网，产生的限流效果越好，根据设备具体的类型以及类型对应的贡献度确定恰当的接入电网的时间，进而产生更好的限流效果。
[0072]
在上述实施例的基础上：
[0073]
图2为本发明提供的一种换流器的结构示意图；
[0074]
在一种实施例中，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n
sm
个子模块sm，每个子模块包括电容、igbt及与igbt反向并联的二极管；
[0075]
确定直流输电线上的故障电流的大小之前，还包括：
[0076]
确定换流器的等效电阻
[0077]
确定换流器的等效电感
[0078]
确定换流器的等效电容
[0079]
其中，r
eq
为等效电阻，r0为桥臂电阻，∑r
on
为导通的igbt及二极管的阻值的和，l
eq
为等效电感，l0为桥臂电感，c
eq
为等效电容，c0为桥臂电容，n
sm
为每个桥臂上子模块的个数。
[0080]
mmc换流站等效模型为忽略交流侧馈入电流，且mmc换流站在故障后不采取特殊控制使igbt闭锁的简化rlc放电模型。mmc换流站等效电路的电阻、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mmc直流侧严重故障后几个毫秒内的暂态特性。
[0081]
在一种实施例中，确定直流输电线上的故障电流的大小，包括：
[0082]
根据第一关系式及第二关系式确定直流输电线上的故障电流
[0083]
其中，l
dc
为限流电感的电感值，i
dc0
为接入限流设备前的故障电流，u
dc
为换流器的直流端的电压，τ
dc
为放电时间常数，ω
dc
为故障电流的角频率，θ
dc
为故障电流的初始相角，r
dc
为直流电网除换流器之外的等效电阻。
[0084]
由于故障初期直流电压u
dc
大于交流侧线电压，换流站未闭锁前，电容放电是造成过流的主要原因。子模块电容器在该阶段迅速放电，对应的等效电容电压也将迅速下降。为获得更加精确的故障电流解析计算模型，有必要考虑故障持续期间mmc电压下降的动态影响。
[0085]
图3为本发明提供的一种潮流控制器的结构示意图；
[0086]
在一种实施例中，限流设备为潮流控制器时，根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压，包括：
[0087]
根据故障电流及限流设备的类型确定在潮流控制器由控制潮流转换为限流时，限流设备两端的电压
[0088]
其中u
cfc
为潮流控制器两端的电压，c
cfc
为潮流控制器的等效电容，uc为等效电容
两端的电压，t
cfc
《t≤t
dccb
，t
cfc
为潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断故障电流的时间，i
dc
为接入限流设备后的故障电流。
[0089]
潮流控制器设置在电路的限流电感与直流输电线之间，一般用于控制潮流，当控制潮流控制器由潮流控制功能转换为限流功能时，潮流控制器作为限流设备使用。
[0090]
cfc潮流控制时的动作逻辑为：fbs1开关b1、b2和fbs2开关s5或s8导通，端口n1通过d1、d4与c连通，引入正电阻效应；端口n2通过d7、s5或s8、d6连通，不引入电阻效应，此时c处于充电状态。在下一控制时刻，fbs1开关s2或s3和fbs2开关b3、b4导通，fbs1开关b1、b2关闭，端口n1通过s2、d4或d1、s3连通，不引入电阻效应；同时，端口n2通过s8、s5与电容连通，引入负电阻效应，此时滤波电容c处于放电状态。在这两种开关状态中来回切换，端口n1、n3间高频率地串入正电压和零电压，端口n2、n3间高频率地串入零电压和负电压，从而使2条支路实现电流一升一降的分流调节效果。
[0091]
cfc故障限流时的动作逻辑为：以ia、ib同为正时为例，发生极间故障线路为导通ia的线路，在检测到线路发生故障后，cfc发出故障限流指令，此时迅速闭锁潮流控制功能，闭锁fbs1中晶体管，故障电流流经d1、d4，电流开始对电容充电。待电容充至上限值，触发cfc旁通信号。
[0092]
以电感与金属氧化物避雷器并联作为限流支路为例，图4为本发明提供的一种开关型限流设备的结构示意图；上半部分为控制支路，下半部分为限流支路，当上半部分的控制支路的开关之间断开连接，则表征限流支路接入直流电网中开始限流。
[0093]
在一种实施例中，在限流设备为开关型限流器时，限流设备包括控制支路及限流支路；
[0094]
根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压，包括：
[0095]
根据故障电流及限流设备的类型确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压。
[0096]
理想的开关型限流器电路由故障电流转移支路和限流阻抗支路组成。当故障发生后，限流器(fcl)通过电力电子装置将阻抗支路快速串入故障回路，达到限流的效果。现有限流阻抗按原理分主要由阻性电阻、感性电感和金属氧化物避雷器的串并联组成，本发明以分析单一电阻或电感、电阻与电感串联型以及并联型混合限流阻抗：电感与金属氧化物避雷器并联、电感与电阻并联、电阻与金属氧化物避雷器并联的为例，说明时序灵敏度分析方法。定义限流阻抗两端电压为电压应力。
[0097]
在一种实施例中，限流支路包括电阻、电感、电阻与电感串联及电阻与电感并联中的一种；
[0098]
根据故障电流及限流设备的类型确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压，包括：
[0099]
在限流支路为电阻时，确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压
[0100][0101]
在限流支路为电感时，确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压
[0102][0103]
在限流支路为电阻与电感串联时，确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压
[0104]
在限流支路为电阻与电感并联时，确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压故障电流满足换流器的直流端的电压满足
[0105][0106]
其中，i
dc
为接入限流设备后的故障电流，lf为电感的值，rf为电阻的阻值，t
fcl
《t≤t
dccb
，为以电阻为限流支路时限流设备两端的电压，t
fcl
为限流支路接入直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断故障电流的时间，ts为控制支路从导通到关断的时间，为以电感为限流支路时限流设备两端的电压，t
fcl+
为限流支路接入后电感的电压跳变的时间，为以电阻与电感串联为限流支路时限流设备两端的电压，i
lf
为流经电感的故障电流，为以电阻与电感并联为限流支路时限流设备两端的电压。
[0107]
考虑到电感上的电流跳变会产生冲击电压，则单个电感作为限流设备时，产生的电压根据跳变分为两个部分。当电阻与电感串联，则为电感与电阻的值相加。由于电感与电阻并联时，故障电流会先流经电阻，然后逐渐向电感支路转移，不会出现电流跳变的情况，所以故障电流的计算没有分段。
[0108]
在一种实施例中，在限流支路为电感与金属氧化物避雷器并联时，根据故障电流及限流设备的类型确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压，包括：
[0109]
判断故障电流是否大于电感的电流；
[0110]
若大于，则确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压为流经金属氧化物避雷器的电流满足故障电流满足换流器的直流端的电压满足
[0111]
若不大于，确定限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压为
[0112][0113]
其中，i
dc
为接入限流设备后的故障电流，lf为电感的值，为以电感与金属氧化物避雷器并联为限流支路时限流设备两端的电压，u
moa
[i
moa
，un]为金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经金属氧化物避雷器的电流，un为金属氧化物避雷器的参考电压，t
fcl
《t≤t
dccb
，t
fcl
为限流支路接入直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断故障电流的时间，i
lf
为流经电感的电流。
[0114]
故障电流会先击穿金属氧化物避雷器，并主要流经金属氧化物避雷器支路，然后向电感支路逐渐转移，电流不跳变。金属氧化物避雷器为不固定阻值的器件，根据流经的电流以及标准电压可以确定流经的电流对应的电阻值。
[0115]
由于金属氧化物避雷器独特的伏安特性曲线，限流设备的电压应力随着投入时间而阶段性变化。以电感与金属氧化物避雷器并联作为限流支路在投入后，电感电流从零快速上升，导致电感两端电压瞬时超过金属氧化物避雷器额定电压。此时金属氧化物避雷器的阻值很小导致电流主要流经金属氧化物避雷器。此时避雷器阻值低并吸收能量，限流设备主要依靠金属氧化物避雷器产生抑制故障电流的负压，限流能力强。
[0116]
若限流设备投入时间较早，随着故障的持续金属氧化物避雷器向电感不断转移能量。当电感电流快速上升至与故障电流相等时，表明在该时刻金属氧化物避雷器的绝缘恢复。金属氧化物避雷器经过暂时波动，恢复绝缘相当于退出限流回路。限流设备的电压被限制在金属氧化物避雷器的额定电压左右。
[0117]
在一种实施例中，在限流支路为电阻与金属氧化物避雷器并联时，根据故障电流及限流设备的类型确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压，包括：
[0118]
判断电阻两端的电压是否大于金属氧化物避雷器的参考电压；
[0119]
若不大于，则确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压为
[0120]
若大于，则确定控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压为流经金属氧化物避雷器的电流满足故障电流满足换流器的直流端的电压满足
[0121]
其中，i
dc
为接入限流设备后的故障电流，为以电阻与金属氧化物避雷器并联为限流支路时限流设备两端的电压，rf为电阻的阻值，u
moa
[i
moa
，un]为金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经金属氧化物避雷器的电流，un为金属氧化物避雷器的参考电压。
[0122]
对于限流支路为电阻与金属氧化物避雷器并联时，限流支路串入后故障电流还较小金属氧化物避雷器不会被击穿，阻值很大。因此故障电流仅流经电阻，此时电阻两端电压
小于等于金属氧化物避雷器的额定电压，即电阻两端的电压不大于金属氧化物避雷器的参考电压。当故障电流上升后，电阻两端的电压大于金属氧化物避雷器的参考电压，则表明金属氧化物避雷器在该时刻会被击穿，金属氧化物避雷器过电压吸收能量参与限流。
[0123]
在一种实施例中，根据电压确定限流设备对直流电网产生的贡献度，包括：
[0124]
确定限流设备接入直流电网之前的故障电流其中l
eq
为换流器的等效电感，i
dc0
为接入限流设备前的故障电流，u
ceq
为换流器的等效电容两端的电压，为限流设备、限流电感及换流器的等效电阻的两端电压，为限流设备、限流电感及换流器的等效电感的两端电压；
[0125]
确定限流设备接入直流电网之后的故障电流其中i
dc
为接入限流设备后的故障电流，u
fcl
为控制支路控制限流支路接入直流电网时限流设备两端的电压；
[0126]
将限流设备接入直流电网之前和之后的故障电流转换为磁通关系式得到及
[0127]
其中，λc(t)＝∫u
ceq
(t)dt，λr(t)＝r
σ
∫i
dc
(t)，λ
l
(t)＝l
σidc
(t)，λc为换流器产生的磁通量，λr为限流设备、限流电感及换流器的总电阻产生的磁通量，r
σ
为限流设备、限流电感及换流器的总电阻，λ
l
为限流设备、限流电感及换流器的总电感产生的磁通量，l
σ
为限流设备、限流电感及换流器的总电感；
[0128]
当限流设备为潮流控制器时，磁通关系式确定限流设备的贡献度为
[0129][0130]
当限流设备为开关型限流器时，磁通关系式确定限流设备的贡献度为
[0131][0132]
其中，t
fcl
为限流支路接入直流电网的时间，t
cfc
为潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断故障电流的时间。
[0133]
定义柔性直流换流站中各限流设备对故障电流幅值抑制贡献度为有该元件的λ-i磁链方程式和没有限流设备下的λ-i磁链方程式所得故障电流之差，通过列写故障回路的基尔霍夫电压定律(kvl)可知故障回路总电抗中的磁通量变化量等于换流器及线路、限流设备产生的磁通，也即元件承受的电压应力对时间的积分。通过磁链方程解耦可以令等效回路中的各个元件对故障电流的抑制作用进行量化，进而获得各个元件参数对故障电流结果的定量关系。将两式之差定义为故障电流幅值抑制贡献度。
[0134]
图4为本发明提供的一种直流电网故障限流设备动作时序确定装置的结构示意图，包括：
[0135]
存储器41，用于存储计算机程序；
[0136]
处理器42，用于执行计算机程序时实现如上述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法的步骤。
[0137]
本技术提供的直流电网故障限流设备动作时序确定装置的介绍请参照上述实施
例，在此处不再赘述。
[0138]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0139]
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。
[0140]
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。
[0141]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。
[0142]
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：
1.一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，直流电网包括依次连接的换流器、限流电感及直流输电线，所述换流器用于将交流电转换为直流电；所述直流电网故障限流设备动作时序确定方法包括：确定直流输电线上的故障电流的大小；根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述限流设备限流期间所述限流设备两端的电压；根据所述电压确定所述限流设备对所述直流电网产生的贡献度，所述贡献度与所述限流设备开始限流后的故障电流及开始限流前的故障电流的差呈正相关，所述直流电网发生故障的时间与所述限流设备开始限流的时间的时间差与所述贡献度呈负相关；根据所述贡献度确定所述限流设备开始限流的时间。2.如权利要求1所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，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n
sm
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；确定直流输电线上的故障电流的大小之前，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，r
eq
为所述等效电阻，r0为所述桥臂电阻，∑r
on
为导通的所述igbt及所述二极管的阻值的和，l
eq
为所述等效电感，l0为所述桥臂电感，c
eq
为所述等效电容，c0为所述桥臂电容，n
sm
为每个桥臂上所述子模块的个数。3.如权利要求2所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，确定直流输电线上的故障电流的大小，包括：根据第一关系式及第二关系式确定所述直流输电线上的故障电流其中，l
dc
为所述限流电感的电感值，i
dc0
为所述限流设备开始限流前的所述故障电流，u
dc
为所述换流器的直流端的电压，τ
dc
为放电时间常数，ω
dc
为所述故障电流的角频率，θ
dc
为所述故障电流的初始相角，r
dc
为所述直流电网除所述换流
器之外的等效电阻。4.如权利要求3所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，所述限流设备为潮流控制器时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述限流设备限流期间所述限流设备两端的电压，包括：根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述潮流控制器由控制潮流转换为限流时，所述限流设备两端的电压其中u
cfc
为所述潮流控制器两端的电压，c
cfc
为所述潮流控制器的等效电容，u
c
为所述等效电容两端的电压，t
cfc
<t≤t
dccb
，t
cfc
为所述潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流。5.如权利要求3所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，在所述限流设备为开关型限流器时，所述限流设备包括控制支路及限流支路；根据所述故障电流及限流设备的类型确定在所述限流设备限流期间所述限流设备两端的电压，包括：根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压。6.如权利要求5所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，所述限流支路包括电阻、电感、所述电阻与所述电感串联及所述电阻与所述电感并联中的一种；根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：在所述限流支路为所述电阻时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压在所述限流支路为所述电感时，确定限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压在所述限流支路为所述电阻与所述电感串联时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压在所述限流支路为所述电阻与所述电感并联时，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压所述故障电流满足所述换流器的直流端的电压满足
其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，l
f
为所述电感的值，r
f
为所述电阻的阻值，t
fcl
<t≤t
dccb
，为以所述电阻为限流支路时所述限流设备两端的电压，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，t
s
为控制支路从导通到关断的时间，为以所述电感为限流支路时所述限流设备两端的电压，t
fcl+
为所述限流支路接入后所述电感的电压跳变的时间，为以所述电阻与所述电感串联为限流支路时所述限流设备两端的电压，i
lf
为流经所述电感的故障电流，为以所述电阻与所述电感并联为限流支路时所述限流设备两端的电压。7.如权利要求5所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，在所述限流支路为电感与金属氧化物避雷器并联时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：判断所述故障电流是否大于所述电感的电流；若大于，则确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为流经所述金属氧化物避雷器的电流满足所述故障电流满足所述换流器的直流端的电压满足若不大于，确定所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，l
f
为所述电感的值，为以所述电感与所述金属氧化物避雷器并联为限流支路时所述限流设备两端的电压，u
moa
[i
moa
，u
n
]为所述金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经所述金属氧化物避雷器的电流，u
n
为所述金属氧化物避雷器的参考电压，t
fcl
<t≤t
dccb
，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间，i
lf
为流经所述电感的电流。8.如权利要求5所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，在所述限流支路为电阻与金属氧化物避雷器并联时，根据所述故障电流及限流设备的类型确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压，包括：判断所述电阻两端的电压是否大于金属氧化物避雷器的参考电压；若不大于，则确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压为若大于，则确定所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两
端的电压为流经所述金属氧化物避雷器的电流满足所述故障电流满足所述换流器的直流端的电压满足其中，i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，为以所述电阻与所述金属氧化物避雷器并联为限流支路时所述限流设备两端的电压，r
f
为所述电阻的阻值，u
moa
[i
moa
，u
n
]为所述金属氧化物避雷器的线性曲线，i
moa
为流经所述金属氧化物避雷器的电流，u
n
为所述金属氧化物避雷器的参考电压。9.如权利要求1至8任一项所述的直流电网故障限流设备动作时序确定方法，其特征在于，根据所述电压确定所述限流设备对所述直流电网产生的贡献度，包括：确定所述限流设备开始限流前的所述故障电流其中l
eq
为所述换流器的等效电感，i
dc0
为接入所述限流设备前的所述故障电流，u
ceq
为所述换流器的等效电容两端的电压，为所述限流设备、限流电感及所述换流器的等效电阻的两端电压，为所述限流设备、限流电感及所述换流器的等效电感的两端电压；确定所述限流设备开始限流后的所述故障电流其中i
dc
为接入所述限流设备后的所述故障电流，u
fcl
为所述控制支路控制所述限流支路接入所述直流电网时所述限流设备两端的电压；将所述限流设备开始限流之前和之后的所述故障电流转换为磁通关系式得到及其中，λ
c
(t)＝∫u
ceq
(t)dt，λ
r
(t)＝r
σ
∫i
dc
(t)，λ
l
(t)＝l
σ
i
dc
(t)，λ
c
为所述换流器产生的磁通量，λ
r
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电阻产生的磁通量，r
σ
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电阻，λ
l
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电感产生的磁通量，l
σ
为所述限流设备、限流电感及所述换流器的总电感；当所述限流设备为潮流控制器时，所述磁通关系式确定所述限流设备的贡献度为当所述限流设备为开关型限流器时，所述磁通关系式确定所述限流设备的贡献度为其中，t
fcl
为所述限流支路接入所述直流电网的时间，t
cfc
为所述潮流控制器由控制潮流转换为限流的时间，t
dccb
为断路器切断所述故障电流的时间。10.一种直流电网故障限流设备动作时序确定装置，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9任一项所述直流电网故障限流设备动作时序确定方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种直流电网故障限流设备动作时序确定方法及装置，应用于直流系统故障领域，包括确定直流输电线上的故障电流的大小；根据故障电流及限流设备的类型确定在限流设备限流期间限流设备两端的电压；根据电压确定限流设备对直流电网产生的贡献度；根据贡献度确定限流设备接入直流电网的时间。由于限流设备在故障发生后，越早接入直流电网，产生的限流效果越好，根据设备具体的类型以及类型对应的贡献度确定恰当的接入电网的时间，进而产生更好的限流效果。生更好的限流效果。生更好的限流效果。


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：2023.04.25
技术公布日：2023/7/25