本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种故障迁移方法和故障对hvdc换相失败影响的分析方法。
背景技术：
近年来，高压直流输电系统(high-voltagedirectcurrent，hvdc)在电力系统中得到了大规模应用。在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网(送端电网)的一点导出，在换流站转换成直流，通过架空线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的三相交流电网(受端电网)。因此换流站是hvdc的关键设备，它的动态响应速度为微秒级，需要电磁暂态仿真技术才能准确、详细地模拟其受到大扰动后的电磁暂态过程，从而准确分析故障对hvdc换相失败的影响。然而，电磁暂态仿真技术受到速度和规模的限制，难以对全系统进行仿真。即便采用并行处理技术，当仿真规模变大时，受到并行处理期间的通信、数据交换及模型算法等因素的影响，对全系统进行电磁暂态仿真容易出现数值不稳定的现象。
目前分析故障对hvdc换相失败影响的方法包括电力系统动态等值方法。和机电-电磁混合暂态仿真方法。电力系统动态等值方法是保留hvdc的详细电磁暂态仿真模型，利用动态等值技术简化交流系统，然后建立简化后的交直流混联电力系统的电磁暂态仿真模型，利用电磁暂态仿真技术分析故障对hvdc换相失败的影响。该电力系统动态等值方法只能考虑交流电网中几个特定位置故障对hvdc换相失败的影响，处理能力有限，且存在难以避免的误差。机电-电磁混合暂态仿真方法是对直流及与直流密切相关部分用电磁暂态方法进行仿真，其余极大部分采用机电暂态方法进行仿真，两种仿真方式在合适的时刻通过接口交换计算结果。利用机电-电磁混合暂态仿真方法分析故障对换相失败的影响时，需要搭建大规模交直流电网的机电-电磁暂态混合仿真模型，计算成本高、计算效率低；机电-电磁混合暂态仿真方法存在准确性方面的缺陷——(i)机电侧的计算只涵盖基波分量，无法刻画出扰动导致的快速变化的非周期及谐波分量对电磁侧的影响。虽然一些学者提出的机电侧频率相关等值(frequencydependentnetworkequivalent，fdne)方法可以提高仿真精度。但是fdne方法除本身参数的拟合计算外，还需要进行无源性校验，因此极大地增加了工作量，降低了混合仿真的效率。(ii)目前都将电磁侧非基波分量作为无关量过滤掉，这进一步降低了混合仿真的精度。(iii)机电仿真和电磁仿真间接口的位置、交互时序的选择等都将影响混合仿真的精度。
综上，现有技术中故障对hvdc换相失败影响的分析方法都存在效率低和精度差的问题，本领域技术人员亟需改进故障对hvdc换相失败影响的分析方法来提高效率和精度。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种故障迁移方法以及利用该故障迁移方法分析故障对hvdc换相失败影响的方法，以提高分析交流电网中大量不同故障对hvdc换相失败影响的效率和精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种故障迁移方法，所述故障迁移方法包括将交流电网中的故障通过确定迁移后故障的接地电抗值的方式迁移到高压直流输电系统的换流母线上。
可选的，所述将交流电网中的故障通过确定迁移后故障的接地电抗值的方式迁移到高压直流输电系统的换流母线上，具体包括：
利用故障分析方法计算m回高压直流输电线路馈入的交流受端电网中故障f发生后各回直流换相电压的第一电压有效值
确定所述故障f迁移到所述高压直流输电系统的换流母线上的故障为迁移故障h；所述迁移故障h为m重故障，即m个同时分别发生于各回高压直流输电系统换流母线上的故障；所述m个故障的故障发生位置确定为各回高压直流输电系统的换流母线，所述m个故障的故障类型确定为所述故障f的故障类型，所述m个故障的故障发生时刻确定为所述故障f的故障发生时刻，所述m个故障的故障持续时间确定为故障f的故障持续时间，通过以下步骤确定所述m个故障的接地电抗值；
确定所述迁移故障h发生后各回直流换相电压的第二电压有效值
利用故障分析法确定所述第二电压有效值与所述迁移故障h的接地电抗值的关系式
根据所述第二电压有效值与等效接地电抗值的关系式和所述第一电压有效值计算所述迁移故障h的接地电抗值xh,f；
根据所述接地电抗值xh,f将所述故障f迁移到高压直流输电系统的换流母线上。
可选的，所述故障分析方法包括：
确定所述交流电网的正、负、零三序等值网络；
将故障前交流电网等值到根据故障类型决定的故障端口；
根据故障类型确定故障后交流电网中的故障电路的导纳矩阵；
将所述故障电路和所述交流电网等值后的电路在所述故障端口处相连，求所述故障端口处故障电流的各序分量；
利用所述故障端口处故障电流的各序分量和所述交流电网的正、负、零三序等值网络计算高压直流输电系统中其它节点的故障后的电压有效值。
可选的，所述将故障前交流电网等值到根据故障类型决定的故障端口，具体包括；
将所述故障前交流电网进行戴维南等值，得到所述交流电网等值后的电路。
可选的，所述交流电网包括交流送端电网和交流受端电网。
本发明还提供了一种故障对高压直流输电系统换相失败影响的分析方法，所述分析方法利用上述的故障迁移方法进行分析，所述分析方法包括：
将交流电网进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统；
根据所述简化后高压直流输电系统建立电磁暂态仿真模型；
利用所述的故障迁移方法计算将所述交流网中的故障迁移到所述简化后的高压直流输电系统的换流母线后故障的接地电抗值；
在所述电磁暂态仿真模型中的高压直流输电系统的换流母线上施加根据所述接地电抗值确定的迁移故障；
通过所述电磁暂态仿真模型进行电磁暂态仿真得到所述故障对所述高压直流输电系统换相失败的影响。
可选的，在所述将交流电网进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统之前，还包括：
计算所述交流电网中受端电网的短路比；
判断所述短路比是否大于或等于4；
当所述短路比大于或等于4时，执行所述“将高压直流输电系统进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统”的步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的故障对高压直流输电系统换相失败影响的分析方法中通过求解交流电网的戴维南等值电路得到了简化的高压直流输电系统，并将交流电网中的故障迁移到换流母线上，因而可以降低计算成本，提高计算效率，进而能够高效地分析交流电网中任意故障对hvdc换相失败的影响，尤其适合于分析大量故障样本对hvdc换相失败的影响。此外，通过与全电磁暂态仿真结果相对比，可以验证本发明方法在分析换相失败方面具有较高的精度。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的故障迁移方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的故障对高压直流输电系统换相失败影响的分析方法的流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种故障迁移方法以及利用该故障迁移方法分析故障对hvdc换相失败影响的方法，以提高分析交流电网中大量不同故障对hvdc换相失败影响的效率和精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种故障迁移方法，所述故障迁移方法包括将交流电网中的故障通过确定迁移后故障的接地电抗值的方式迁移到高压直流输电系统的换流母线上。
如图1所示，将交流电网中的故障通过确定迁移后故障的接地电抗值的方式迁移到高压直流输电系统的换流母线上，具体包括：
步骤101：利用故障分析方法计算m回高压直流输电线路馈入的交流受端电网中故障f发生后各回直流换相电压的第一电压有效值
其中，表示第k回高压直流输电系统的换流母线的节点编号，k＝1,2，…，m，
特殊的，在单馈入系统中，m＝1，故障f发生后直流换相电压的有效值为
步骤102：确定所述交流电网中故障f迁移到所述高压直流输电系统的换流母线上的故障为迁移故障h，故障h是同时发生于各回直流换流母线上的接地电抗值为xh,f的m重故障，即m个同时分别发生于各回高压直流输电系统换流母线上的故障；所述m个故障的故障发生位置确定为各回高压直流输电系统的换流母线，所述m个故障的故障类型确定为所述故障f的故障类型，所述m个故障的故障发生时刻确定为所述故障f的故障发生时刻，所述m个故障的故障持续时间确定为故障f的故障持续时间，通过以下步骤确定所述m个故障的接地电抗值。
步骤103：确定所述迁移故障h发生后各回直流换相电压的第二电压有效值
步骤104：利用故障分析法确定所述第二电压有效值与所述迁移故障h的接地电抗值的关系式：
其中fk(xh,f)表示所述第二电压有效值
特殊的，在单馈入系统中，m＝1，故障f的等效故障为发生于换流母线上的接地电抗值为xh,f的单重故障。
步骤105：根据所述第二电压有效值与等效接地电抗值的关系式和所述第一电压有效值计算所述迁移故障h的接地电抗值xh,f。
故障f的迁移故障h发生后，直流换相电压的有效值
由式(3)-(6)可得式(7)
系统运行方式和故障f确定后，
特殊的，在单馈入系统中，m＝1，联立式(5)和式(6)，可以求得xh,f的解。
步骤106：根据所述接地电抗值xh,f将所述故障f迁移到高压直流输电系统的换流母线上。
本实施例中故障迁移方法遵循的原则是交流受端电网中发生故障(故障不清除)后到达的新的稳态平衡点的换流母线电压有效值等于对交流电网做戴维南等值后的简化系统中发生迁移故障(故障不清除)后到达的新的稳态平衡点的换流母线电压有效值。
在实际计算过程中，上述步骤101和步骤104中所述的故障分析方法包括：
确定所述交流电网的正、负、零三序等值网络；
将故障前交流电网等值到根据故障类型决定的故障端口；具体的，可以是先将所述故障前交流电网进行戴维南等值，或进行诺顿等值，得到所述交流电网等值后的电路；
根据故障类型确定故障后交流电网中的故障电路的导纳矩阵；
将所述故障电路和所述交流电网等值后的电路在所述故障端口处相连，求所述故障端口处故障电流的各序分量；
利用所述故障端口处故障电流的各序分量和所述交流电网的正、负、零三序等值网络计算高压直流输电系统中其它节点的故障后的电压有效值。
需要说明的是上述的交流电网包括交流送端电网和交流受端电网，本实施例中是将交流受端电网的故障迁移到高压直流输电系统的换流母线上。
本发明还提供了一种故障对高压直流输电系统换相失败影响的分析方法，所述分析方法利用上述的故障迁移方法进行分析，所述分析方法包括：
步骤201：将交流电网进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统。
步骤202：根据所述简化后高压直流输电系统建立电磁暂态仿真模型。
步骤203：利用所述的故障迁移方法计算将所述交流电网中的故障迁移到所述简化后的高压直流输电系统的换流母线后故障的接地电抗值。
步骤204：在所述电磁暂态仿真模型中的高压直流输电系统的换流母线上施加根据所述接地电抗值确定的迁移故障；其中，迁移故障的发生位置、故障类型、故障发生时刻和故障持续时间等参数与迁移前故障相同。
步骤205：通过所述电磁暂态仿真模型进行电磁暂态仿真得到所述故障对所述高压直流输电系统换相失败的影响。
由于简化后高压直流输电系统中故障h对换相失败的影响与简化前高压直流输电系统中故障f对换相失败的影响相似，通过迁移故障方法可以高效、简便地分析交流受端系统中任意故障对hvdc的影响。
为了提高分析故障对高压直流输电系统换相失败影响的精度，可以在所述将交流电网进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统之前，还包括：
计算所述交流电网中受端电网的短路比；
判断所述短路比是否大于或等于4；
当所述短路比大于或等于4时，执行所述“将高压直流输电系统进行戴维南等值得到简化后高压直流输电系统”的步骤。
由于暂态过程中会产生大量的谐波，戴维南等值前后系统的谐波分布以及谐波衰减情况不同。因此，虽然戴维南等值前后系统的故障后稳态平衡点的换流母线电压有效值相同，但是在故障后的暂态过程中，戴维南等值前后系统表现出来的交流网络阻抗特性不同，这将影响故障迁移方法的准确性。尤其当系统短路比(scr)较小时，对应的交流系统等值阻抗值较大，暂态过程中交流系统等值阻抗值的变化对换流母线电压的影响较明显，戴维南等值对准确性的影响较大。因此，当短路比大于等于4时，用故障迁移方法分析交流系统故障对换相失败的影响具有较高的精度。
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。对于实施例公开的系统而言，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。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。