CN112765920A - 一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及*** - Google Patents

一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及***，包括：分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型；基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流；将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流；将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。

Description

一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及***
技术领域
本发明涉及短路电流计算技术领域，并且更具体地，涉及一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及***。
背景技术
随着社会的不断发展，人们的生产方式越来越丰富，对电能的使用需求也越来越大。目前，我国一部分一线城市的配电网面临着供电走廊匮乏、供电能力不足的问题。传统的交流配电网存在功率极限，要进行新的供电走廊需要付出高昂的成本。同时，传统交流配电网存在三相不平衡、节点无功支撑不足等问题，在用电需求大幅增长的趋势下也越发凸显。另外，许多高新产业的崛起对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求，而由于网络中换流设备造成的谐波、冲击性负荷等问题，高质量的供电难以实现。这一系列问题，推动着配电网技术革新的脚步。
随着电力电子技术的发展，换流器的技术越发成熟，直流配电技术逐渐走入人们的视野。直流配电网凭借其传输容量大、线路成本低、网络损耗小、供电可靠性高和电能质量高等优势，成为了解决传统交流配电网一系列难题的一条可行的途径。然而，直流配电网的故障特性与传统交流配电网有很大区别。
直流配电网直流侧发生短路故障时，故障电流上升很快，能够在几个毫秒内达到五到十倍的额定电流，对继电保护装置的速动性和开断能力提出了很高的要求。直流短路电流计算是直流配电网继电保护整定、直流断路器等开断设备和限流设备选择的依据，是重要的基础性工作。然而，目前普遍采用的计算机仿真计算方法虽然准确，但却不能灵活变换拓扑，计算时间长，不能满足网络规划的需求。
发明内容
本发明提出一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及***，以解决如何快速的确定网络各处故障分量电流的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法，所述方法包括：
分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型；
基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流；
将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流；
将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
优选地，其中所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure BDA0002844286380000021
Figure BDA0002844286380000022
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
优选地，其中所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
优选地，其中若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure BDA0002844286380000031
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure BDA0002844286380000032
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
优选地，其中所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure BDA0002844286380000033
Figure BDA0002844286380000034
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于差共模变换的直流短路电流计算***，所述***包括：
模型确定单元，用于分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型；
差共模短路电流确定单元，用于基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流；
网络各处电流确定单元，用于将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流；
短路电流确定单元，用于将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
优选地，其中所述模型确定单元，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure BDA0002844286380000041
Figure BDA0002844286380000042
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
优选地，其中所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
优选地，其中若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure BDA0002844286380000043
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure BDA0002844286380000044
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
优选地，其中所述短路电流确定单元，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure BDA0002844286380000051
Figure BDA0002844286380000052
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
本发明提供了一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法及***，通过建立换流器和直流线路的差共模模型进行计算，在故障发生后很短时间内，MMC闭锁前，可以假设换流器各桥臂投入和旁路的开关器件状态不变，将直流电网视作线性定常电路进行分析；在分析和计算过程中，若发生的短路为非对称故障，网络会变得复杂和难以求解，故本发明采用差共模变换的方法将网络分为共模和差模两个对称网络，减小了高阶非对称网络求解的复杂性；应用本方法进行故障分量电流的解析计算，可以通过输入参数矩阵灵活地变换拓扑，保证比仿真快得多的计算速度并保持一定的可靠性和保守性。
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基于差共模变换的直流短路电流计算方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的换流器频域模型和直流线路频域模型的示意图；
图3为根据本发明实施方式的交流侧不接地同时直流侧电容中点接地时换流器的共模模型和差模模型的示意图；
图4为根据本发明实施方式的交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地时换流器的共模模型和差模模型的示意图；
图5为本发明实施方式的交流侧接地同时直流侧电容中点接地时换流器的共模模型和差模模型的示意图；
图6为根据本发明实施方式的交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地时换流器的共模模型和差模模型的示意图；
图7为根据本发明实施方式的直流线路的差共模模型的示意图；
图8为根据本发明实施方式的等效的差共模网络的示意图；
图9为根据本发明实施方式的利用PSCAD仿真验证的***图；
图10为根据本发明实施方式的故障点处短路电流的变化示意图；
图11为根据本发明实施方式的换流站1到环流站2线路上的负极电流的变化示意图；
图12为根据本发明实施方式的换流站2到换流站1线路上的负极电流的变化示意图；
图13为根据本发明实施方式的换流站1出口处负极电流的变化示意图
图14为根据本发明实施方式的基于差共模变换的直流短路电流计算***1400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基于差共模变换的直流短路电流计算方法100的流程图。如图1所示，本发明提供的基于差共模变换的直流短路电流计算方法，通过建立换流器和直流线路的差共模模型进行计算，在故障发生后很短时间内，MMC闭锁前，可以假设换流器各桥臂投入和旁路的开关器件状态不变，将直流电网视作线性定常电路进行分析；在分析和计算过程中，若发生的短路为非对称故障，网络会变得复杂和难以求解，故本发明采用差共模变换的方法将网络分为共模和差模两个对称网络，减小了高阶非对称网络求解的复杂性；应用本方法进行故障分量电流的解析计算，可以通过输入参数矩阵灵活地变换拓扑，保证比仿真快得多的计算速度并保持一定的可靠性和保守性。本发明实施方式提供的基于差共模变换的直流短路电流计算方法100，从步骤101处开始，在步骤101分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型。
优选地，其中所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure BDA0002844286380000071
Figure BDA0002844286380000072
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
优选地，其中所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
在本发明的实施方式中，需要分别建立换流器和直流线路的频域模型，并对模型进行差共模变换，形成共模和差模两种模型。
根据叠加定理，故障分量电流为直流配电网在故障点处故障分量电源激励下的零状态响应，所以建立的频域模型应为零状态响应模型。若换流器为MMC且为单极对称接线，建立的换流器频域模型如图2中的左图所示。其中，图2的左图中虚线表示只有MMC交直流侧通过相应方式接地时，该处才存在电路连接。左侧虚线表示交流侧接地，中间虚线表示直流侧通过箝位电阻中点接地，右侧虚线表示直流侧经电容中点接地。图中Lac表示交流侧接地时，交流侧零序电感的1/3；Rg表示直流侧经箝位电阻中点接地时，接地点与每一极相接的电阻值；Rcg表示直流侧经电容中点接地时，电容中点与大地间的电阻值；Cg表示直流侧经电容中点接地时，接地电阻与每一极相接的电容值；N为MMC每个桥臂的子模块数量，C0为子模块电容值；Ldc为平波电抗器的电感值。直流线路的频域模型为如图2的右图所示。
对于频域模型，进行差共模变换的公式如下：
Figure BDA0002844286380000081
Figure BDA0002844286380000082
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
在本发明中，进行差共模变换后，换流器的共模和差模模型分别包括：如图3中的左图、右图所示的交流侧不接地同时直流侧电容中点接地时换流器的共模模型和差模模型、如图4中的左图、右图所示的交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地时换流器的共模模型和差模模型、如图5中的左图、右图所示的交流侧接地同时直流侧电容中点接地时换流器的共模模型和差模模型以及如图6中的左图、右图所示的交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地时换流器的共模模型和差模模型。进行差共模变换后，直流线路的差模模型和共模模型一样，其模型结构如图7所示。
在步骤102，基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流。
优选地，其中若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure BDA0002844286380000091
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure BDA0002844286380000092
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
在本发明中，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解该等效网络得到故障点处的共模和差模短路电流。若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure BDA0002844286380000093
式中，Uf,n为故障点处负极电压/kV；If,p、If,n分别为从故障点流向大地的正极电流、负极电流/kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻/Ω。
进行差共模变换后，故障边界条件变为：
Figure BDA0002844286380000101
式中，Uf,∑、Uf,Δ分别为故障点处共模、差模电压/kV；I f,∑、I f,Δ分别为从故障点处流出的共模节点流、差模电流/kA。
根据故障边界条件，得到的等效差共模网络如图8所示。其中，Uf,Δ(0)为故障点处差模电压的正常分量/kV；ZΔ、Z∑分别为从故障点处看进去的直流配电网等效差模阻抗、共模阻抗/Ω。
在步骤103，将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流。
在步骤104，将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
优选地，其中所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure BDA0002844286380000102
Figure BDA0002844286380000103
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
在本发明中，将故障点处共模和差模短路电流作为激励，分别求解共模网络和差模网络中网络各处的电流；并将网络各处的差共模电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，即可得到短路电流故障分量的时域解析解。
在本发明，基于如图9所示的***进行短路电流的计算，并与PSCAD仿真的结果进行对比验证。其中，***中的各项参数如表1所示。其中，表中的功率均为交流侧注入功率，换流器交流侧无功均控制为零。
表1***参数表
Figure BDA0002844286380000104
Figure BDA0002844286380000111
为验证不同接地方式的换流器模型，为配电网中各MMC设定了不同的接地方式：MMC1交流侧接地(Lac＝10mH)，直流侧电容中点接地(Cg＝8mF,Rcg＝0.5Ω)；MMC2交流侧不接地，直流侧箝位电阻中点接地(Rg＝4MΩ)；MMC3交流侧不接地，直流侧电容中点接地(Cg＝8mF,Rcg＝0.5Ω)；MMC4交流侧接地(Lac＝10mH)，直流侧箝位电阻中点接地(Rg＝4MΩ)。
电路稳定后，令换流站1到换流站2的直流线路中点处负极接地短路(令此时t＝0s)，Rf＝0，分别取故障点处短路电流、换流站1到换流站2线路上的负极电流、换流站2到换流站1线路上的负极电流以及换流站1出口处负极电流，将计算值与仿真值对比分别如图10至图13所示。
从图10至图13中的故障电流曲线对比可以看出，相对于仿真值来说，计算值存在少量的误差，而且这种误差还会随时间逐渐增大。产生这种误差的原因，一方面与MMC运行状态的变化有关；另一方面，在建立模型时忽略了桥臂电抗器的影响，这使模型更加保守。
可以看出，在故障后很短的时间范围内，计算值相对仿真值的误差并不大，在直流故障要求的切除时间内依然相当可靠，且这样的计算呈现出保守性。因此，本分发明所给出的方法具有相当的参考意义。另外，该计算方法可以灵活地变换直流电网的拓扑，其计算速度也比仿真快得多，是一种行之有效的直流短路电流计算方法。
图14为根据本发明实施方式的基于差共模变换的直流短路电流计算***1400的结构示意图。如图14所示，本发明实施方式提供的基于差共模变换的直流短路电流计算系1400，包括：模型确定单元1401、差共模短路电流确定单元1402、网络各处电流确定单元1403和短路电流确定单元1404。
优选地，所述模型确定单元1401，用于分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型。
优选地，其中所述模型确定单元1401，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure BDA0002844286380000121
Figure BDA0002844286380000122
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
优选地，其中所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
优选地，所述差共模短路电流确定单元1402，用于基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流。
优选地，其中若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure BDA0002844286380000123
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure BDA0002844286380000131
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
优选地，所述网络各处电流确定单元1403，用于将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流。
优选地，所述短路电流确定单元1404，用于将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
优选地，其中所述短路电流确定单元，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure BDA0002844286380000132
Figure BDA0002844286380000133
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
本发明的实施例的基于差共模变换的直流短路电流计算***1400与本发明的另一个实施例的基于差共模变换的直流短路电流计算方法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、***、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(***)、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 (10)

1.一种基于差共模变换的直流短路电流计算方法，其特征在于，所述方法包括：
分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型；
基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流；
将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流；
将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure FDA0002844286370000011
Figure FDA0002844286370000012
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；UΣ和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure FDA0002844286370000021
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure FDA0002844286370000022
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure FDA0002844286370000023
Figure FDA0002844286370000024
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；UΣ和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
6.一种基于差共模变换的直流短路电流计算***，其特征在于，所述***包括：
模型确定单元，用于分别建立换流器频域模型和直流线路频域模型，并分别对所述换流器频域模型和直流线路频域模型进行差共模变换，分别获取换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型；
差共模短路电流确定单元，用于基于所述换流器共模模型、换流器差模模型、直流线路共模模型和直流线路差模模型，根据故障的边界条件建立等效的差共模网络，并求解所述等效的差共模网络，获取故障点处的共模短路电流和差模短路电流；
网络各处电流确定单元，用于将故障点处的共模短路电流和差模短路电流作为激励，分别求解所述共模网络和差模网络中网络各处的电流；
短路电流确定单元，用于将所述共模网络和差模网络中网络各处的电流作差共模反变换和拉普拉斯反变换，获取短路电流故障分量的时域解析解。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述模型确定单元，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模变换，包括：
Figure FDA0002844286370000031
Figure FDA0002844286370000032
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；U∑和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述换流器共模模型和换流器差模模型包括：交流侧不接地同时直流侧电容中点接地类型、交流侧不接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型、交流侧接地同时直流侧电容中点接地类型和交流侧接地同时直流侧箝位电阻中点接地类型；
所述直流线路共模模型和直流线路差模模型相同。
9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，若短路故障为负极接地故障，则故障的边界条件为：
Figure FDA0002844286370000033
进行差共模变换后，故障的边界条件变为：
Figure FDA0002844286370000034
其中，Uf,n为故障点处负极电压，单位为kV；If,p和If,n分别为从故障点流向大地的正极、负极电流，单位为kA；Rf为故障点与大地之间的过渡电阻，单位为Ω；Uf,∑和Uf,Δ分别为故障点处共模低压和差模电压，单位为kV；If,∑和If,Δ分别为从故障点处流出的共模电流和差模电流，单位为kA。
10.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述短路电流确定单元，利用如下方式对所述换流器频域模型和/或直流线路模型进行差共模反变换，包括：
Figure FDA0002844286370000041
Figure FDA0002844286370000042
其中，I∑和IΔ分别为电流共模分量和电流差模分量；UΣ和UΔ分别为电压共模分量和电压差模分量；Ip和In分别为电流对应的正极参数和负极参数；Up和Un分别为电压对应的正极参数和负极参数。
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