预想故障集算例的快速换相失败识别方法及系统与流程

本发明涉及一种预想故障集算例的融合解析和数值仿真的快速换相失败识别分析方法及相关装置，属于电力系统及其自动化。

背景技术：

1、随着规模化可再生能源大力发展，使得大规模可再生能源并网，并经特高压直流远距输电的多馈入多馈出系统容量日益增大，可再生能源控制和保护系统复杂多变、控制时间尺度广、非线性及时变因素强，使得交直流多馈入系统换相失败影响剧增，严重制约了电力系统的运行。亟需快速识别预想故障集算例下是否存在换相失败，哪些直流可能存在换相失败。

2、传统预想故障集算例的换相失败识别分析方法，主要基于完整的数值仿真得到直流换流站熄弧角曲线，再从中分析是否存在(通常设为7度)，由于采用完整的数值仿真求取预想故障受扰后的直流熄弧角曲线，耗时长制约了换相失败识别分析方法在含规模化电力电子设备主导的大规模交直流联网系统的快速性。而简单的静态解析换相失败识别分析方法，由于未考虑非线性的直流控制特性和多直流的交互耦合影响后的后续换相失败，分析方法的准确性和强壮性无法保证。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种预想故障集算例的融合解析和数值仿真的快速换相失败识别分析方法及相关装置，兼顾了快速性和准确性，解决了背景技术中披露的问题。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种预想故障集算例的快速换相失败识别方法，预想故障集包括m个多馈入直流输电系统的预想故障算例，多馈入直流输电系统包括n条直流子系统，所述快速换相失败识别方法包括以下步骤：

4、逐个针对各算例j，使用两层快速换相失败识别分析，遍历所有直流子系统，确定直流子系统i是否会发生换相失败，j∈[1，m]，i∈[1，n]；

5、在第一层快速换相失败识别分析中，使用解析获得的换相失败临界电压以及仿真至设定时刻的熄弧角、电压和电流，识别分析直流子系统i是否存在换相失败，若结论为确定存在换相失败或确定不存在换相失败，结束直流子系统i针对算例j的换相失败识别分析；若尚不确定存在换相失败，进入第二层快速换相失败识别分析；

6、在第二层快速换相失败识别分析中，在第一层快速换相失败识别分析基础上，分k级逐级增加仿真时段，每一级使用仿真至设定时刻的熄弧角识别分析直流子系统i是否存在换相失败，若结论为存在换相失败，结束直流子系统i针对算例j的换相失败识别分析；否则继续使用仿真至设定时刻的熄弧角、电压、电流识别分析直流子系统i是否确定不存在换相失败，若确定不存在换相失败，结束直流子系统i针对算例j的换相失败识别分析，否则增加仿真时段，进入下一级识别分析，直至到达最后一级，最后一级依照仿真的直流熄弧角与临界熄弧角大小关系，得出直流子系统i确定存在换相失败或确定不存在换相失败。

7、优选地，在第一层快速换相失败识别分析中，基于数值仿真0+时刻获取算例j预想故障下直流子系统i换流站的短路电压，数值仿真0+时刻直流子系统i的换流站熄弧角，通过判据1或判据2判断直流子系统i确定存在换相失败或不确定存在换相失败；

8、判据1：若换相失败临界电压小于短路电压，且换流站熄弧角小于临界熄弧角，则直流子系统i确定存在换相失败，否则暂不确定存在换相失败；

9、判据2：若短路电压小于依据0+时刻仿真的直流子系统i换流站直流电流和直流控制角推算熄弧角等于临界熄弧角时的交流电压，则直流子系统i确定存在换相失败，否则暂不确定存在换相失败。

10、优选地，在第一层快速换相失败识别分析中，基于数值仿真0+时刻获取算例j预想故障下直流子系统i换流站的短路电压，数值仿真0+时刻直流子系统i的换流站熄弧角、电流和电压，通过判据3、判据4或判据5判断直流子系统i确定不存在换相失败或不确定存在换相失败；

11、判据3：若短路电压大于0+时刻仿真的直流子系统i换流站电压，且换流站熄弧角大于临界熄弧角，则直流子系统i确定不存在换相失败，无需进入第二层快速换相失败识别分析；

12、判据4：若0+时刻仿真的直流熄弧角小于第一设定值ε1，且直流子系统i换流站电压大于短路电压ui，f，则暂不确定是否存在换相失败，但直流子系统i熄弧角小于第一设定值ε1，后续存在换相失败风险，需进入第二层快速换相失败识别分析，否则确定后续4周波内不存在换相失败。

13、判据5：若0+时刻仿真的直流子系统i换流站熄弧角γ小于第二设定值ε2，且直流子系统i直流电流超过稳态电流设定比率ε3，则直流子系统i不确定存在换相失败，但后续存在换相失败风险，需进入第二层快速换相失败识别分析，否则确定不存在换相失败。

14、优选地，多馈入直流输电系统为分层直流，高阀和低阀同时满足判据1或判据2，则直流子系统i确定存在换相失败，否则不确定存在换相失败；高阀或低阀至少一个满足判据3至判据5中任意一个，则直流子系统i不确定存在换相失败，需进入第二层快速换相失败识别分析，否则确定不存在换相失败。

15、优选地，在第二层快速换相失败识别分析中，基于数值仿真第k级时刻获得的换流站熄弧角、数值仿真0+时刻直流子系统i仿真所得的直流积分步内的最小熄弧角，通过判据6或判据7判断直流子系统i确定存在换相失败或不确定存在换相失败；

16、判据6：若数值仿真第k级时刻获得的换流站熄弧角小于临界熄弧角，则直流子系统i确定存在换相失败，否则不确定存在换相失败；

17、判据7：若数值仿真0+时刻直流子系统i仿真所得的直流积分步内的最小熄弧角小于临界熄弧角，则直流子系统i确定存在换相失败，否则不确定存在换相失败；

18、其中k∈[1，k]。

19、优选地，k＝4，第二层快速换相失败识别分析至多进行四级；

20、第一级分析故障发生后1周波内是否会继续换相失败，第二级分析故障发生后1.5周波后是否会继续换相失败，第三级分析1.5至2.5周波内是否会继续换相失败，第四级分析3至4周波内是否会继续换相失败；

21、若第二层第四级分析后仍存在有未识别出换相失败的直流，则视直流在经过该预想故障扰动后不会发生换相失败现象。

22、优选地，在第二层快速换相失败识别分析中，基于数值仿真第k级时刻获得的直流子系统i换流站熄弧角γ，直流子系统i直流电流，通过判据8、判据9或判据10判断直流子系统i确定不存在换相失败或不确定存在换相失败，需要进入下一级识别分析；

23、判据8：若数值仿真第k级时刻获得的直流子系统i换流站熄弧角γ小于第一定值ε1且直流积分步尺度下的直流熄弧角小于临界熄弧角，则直流子系统i不确定存在换相失败，需要进入下一级识别分析，否则确定不存在换相失败；

24、判据9：若数值仿真第k级时刻获得的直流子系统i换流站熄弧角γ小于第二设定值ε2，且直流子系统i直流电流超过稳态电流设定比率ε3，则直流子系统i不确定存在换相失败，需要进入下一级识别分析，否则确定不存在换相失败；

25、判据10：若数值仿真第k级时刻获得的直流子系统i换流站熄弧角与数值仿真第(k-1)级时刻获得的直流子系统i换流站熄弧角之差大于设定值，则直流子系统i不确定存在换相失败，需要进入下一级识别分析，否则确定不存在换相失败；

26、其中k∈[1，k]。

27、优选地，多馈入直流输电系统为分层直流，高阀和低阀同时满足判据6或判据7，则直流子系统i确定存在换相失败，否则不确定存在换相失败；高阀或低阀至少一个满足判据8至判据10中任意一个，判断直流子系统i确定不存在换相失败或不确定存在换相失败，需要进入下一级识别分析。

28、优选地，第一设定值ε1＝12度；

29、第二设定值ε2＝13度；

30、设定比率ε3＝5％。

31、本发明的第二方面提供了一种预想故障集算例的快速换相失败识别系统，根据所述的一种预想故障集算例的快速换相失败识别方法，包括：

32、第一层分析模块，采用融合解析和数值仿真的快速分级换相失败识别方法，基于考虑直流电流动态特性的近似解析方法获取换相失败临界电压，通过数值仿真0+时刻获取任意预想故障下各直流换流站的短路电压，依据各直流换流站的换相失败临界电压和短路电压大小，并结合数值仿真0+时刻各直流换流站的熄弧角，对算例进行第一层级的快速换相失败识别分析；

33、第二层分级分析模块，若第一层快速换相失败识别分析中未发生换相失败的直流，依据熄弧角γ大小和前后层级间熄弧角的变化确定有必要进一步部分数值仿真进行下一级换相失败识别分析，每一级操作中在上一级操作的受扰轨迹基础上，进一步增加一小段数值积分方法获取受扰后的熄弧角轨迹。

34、本发明的第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-9中任一项所述的一种预想故障集算例的快速换相失败识别方法。

35、本发明的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存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-9中任一项所述的一种预想故障集算例的快速换相失败识别方法。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：通过两层多级融合解析和基于电力系统实际模型的数值积分方法，在机电仿真尺度下计及直流控制保护和交流网络的耦合影响，采用较少的数值仿真迭代，分层分级逐段将预想故障发生4周波内可能发生换相失败的直流快速识别，既可以考虑直流控制器的强非线性动作响应，同时可以考虑跟踪到分层直流高低阀的强耦合影响和逆变侧故障期间γ0控制动作后可能出现换相失败现象，从而在快速换相失败识别分析基础上有效兼顾了识别的强壮性。

37、具体地，本发明采用融合解析和数值仿真的快速换相失败识别分析方法进行第一层快速换相失败识别分析，采用仿真至0+(模拟故障动作)时刻直流换流站的熄弧角γ校核γ＜γset以补充仅依据解析电压ui，f＜uir进行快速换相失败识别的不足。第一层同时满足ui，f＜uir且γ＜γset(通常γset设为7度)则判别该直流存在换相失败。同时根据直流熄弧角相对正常值的偏差大小(第二层则依据前后级的偏差大小)以及直流电流的变化控制确定是否需进行第二层级的快速换相失败识别分析。

38、若需融合部分数值仿真的第二层分级快速换相失败识别分析，在多级操作中，每一级操作的受扰轨迹，在上一级操作的基础上，进一步增加部分数值积分获取后续段受扰熄弧角轨迹，分级逐段核实续段受扰熄弧角轨迹中是否存在换相失败即γ＜γset(通常γset设为7度)，并依据前后级的偏差大小以及直流电流的变化控制确定是否需进行下一级的快速换相失败识别分析，在保证预想故障快速换相失败识别分析的正确性基础上兼顾了快速性和强壮性。