高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真及計算領域，涉及基于晶閘管控制的雙端高壓直流輸電 系統(tǒng)的暫態(tài)響應計算。
【背景技術】
[0002] 基于晶閘管控制的高壓直流輸電系統(tǒng)一般由換流變壓器、換流器、濾波器、平波電 抗器以及直流輸電線路組成。高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)響應計算解決交流側母線電壓幅值 及相位、內部或外部系統(tǒng)參數(shù)變化下，直流系統(tǒng)的響應求解問題。本發(fā)明旨在交流母線三相 電壓幅值變化情況下，直流系統(tǒng)電流和電壓的響應。高壓直流輸電其暫態(tài)解對于電力系統(tǒng) 的穩(wěn)定性分析及控制方面，具有重要的意義。
[0003] 高壓直流系統(tǒng)的整流器和逆變器在導通或者換相過程中，描述換流器及換流變壓 器動態(tài)行為的方程為常系數(shù)非齊次的線性方程組。另外，構成直流輸電系統(tǒng)的濾波器、平波 電抗器均為線性元件，而直流輸電線路的動態(tài)行為也可使用線性元件近似。將各元件的方 程按照電路原理相結合，可以形成直流系統(tǒng)在不同運行工況下的微分方程。由于上述元件 均是線性的，因此在不同運行工況下，描述其動態(tài)行為的方程均為常系數(shù)非齊次的線性微 分方程組。
[0004] 在穩(wěn)態(tài)時，整流器和逆變器的觸發(fā)角度均固定，直流系統(tǒng)的響應在交流系統(tǒng)一個 周波內呈周期變化，而在暫態(tài)情況下，整流器和逆變器的觸發(fā)角度將根據(jù)直流系統(tǒng)的控制 規(guī)律發(fā)生變化。因此，在暫態(tài)情況下，高壓直流輸電系統(tǒng)不僅需要考慮控制系統(tǒng)的參與，同 時將存在換相失敗判斷等問題。
[0005] 對于直流輸電系統(tǒng)而言，其元件包括換流變壓器、整流器、逆變器、平波電抗器、直 流濾波器以及直流輸電線路，由于換流變壓器的電感效應，流經(jīng)晶閘管的電流不能瞬時降 低為零，晶閘管不能瞬時關斷，使得直流系統(tǒng)整流器和逆變器均存在著換相過程。
[0006] 在電力系統(tǒng)對稱故障下，交流側三相電壓幅值發(fā)生變化，導致輸電系統(tǒng)經(jīng)歷一系 列的暫態(tài)過程，其控制系統(tǒng)將參與直流輸電系統(tǒng)的調整?？刂葡到y(tǒng)的輸入為直流整流側電 流，逆變側電壓與電流，以及逆變側的熄弧角，其中，逆變側熄弧角為離散量，每個周期變化 六次，控制系統(tǒng)的輸出為整流側的觸發(fā)延遲角a與逆變側的觸發(fā)超前角0。
[0007] 目前，高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)響應計算，一般通過電磁仿真方法進行，即使用小 步長的數(shù)值積分方法進行計算，要得到精確解，數(shù)值積分的步長要達到微秒級。采用這種方 法不但計算量大，速度慢，而且存在截斷誤差，這些問題限制了其在大規(guī)模系統(tǒng)中的應用。

【發(fā)明內容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析 計算方法。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方 法，其包括如下步驟：
[0010] A、對高壓直流輸電系統(tǒng)的平波電抗器、直流濾波器以及直流輸電線路，結合電壓 電流關系，按照電路原理，得出高壓直流輸電系統(tǒng)在不同運行工況下的微分代數(shù)方程組；根 據(jù)控制系統(tǒng)的邏輯關系，建立控制系統(tǒng)的微分方程最終形成高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)方程 矣二+戽《(〇 +c;，該微分代數(shù)方程組為常系數(shù)非齊次線性微分方程組；其中Xi為第i 個運行工況下的狀態(tài)量，別為狀態(tài)和輸入矩陣，輸入u(t)為整流側與逆變側的三相 電壓瞬時表達式，Q為控制系統(tǒng)加入后的分量；
[0011] B、通過對高壓直流輸電系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)響應計算，得到高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)量 隨時間的關系Xi(t)，以及控制系統(tǒng)各運行量的初值；
[0012] C、在交流電壓變化下，進行直流暫態(tài)響應計算；
[0013] D、計算結束。
[0014] 本發(fā)明的方法適用于傳統(tǒng)的采用晶閘管換流器的雙端高壓直流輸電系統(tǒng)，在交流 側發(fā)生對稱性故障下的暫態(tài)情況。
[0015] 本發(fā)明的方法不需要對直流輸電系統(tǒng)進行簡化，不受電磁暫態(tài)仿真積分步長的限 制，且不存在截斷誤差，計算效率高，能夠保證計算結果的準確性。
[0016] 本發(fā)明中，直流換流變壓器交流母線電壓為三相對稱的正弦量。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明另一【具體實施方式】，步驟C具體包括如下步驟：
[0018] C1如果到達仿真結束時刻，則轉到步驟D;
[0019] C2根據(jù)交流系統(tǒng)的三相電壓幅值，形成u(t);
[0020] C3對直流系統(tǒng)的第i個運行工況，對于給定的時間步長At，按照常系數(shù)非齊次線 性微分方程組的解析表達式計算直流系統(tǒng)的響應；
[0021]
【主權項】
1. 一種高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其包括如下步驟： A、 對高壓直流輸電系統(tǒng)的平波電抗器、直流濾波器以及直流輸電線路，結合電壓電流 關系，按照電路原理，得出高壓直流輸電系統(tǒng)在不同運行工況下的微分代數(shù)方程組；根據(jù) 控制系統(tǒng)的邏輯關系，建立控制系統(tǒng)的微分方程最終形成高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)方程 矣=4弋+盡+ ，該微分代數(shù)方程組為常系數(shù)非齊次線性微分方程組；其中&為第i 個運行工況下的狀態(tài)量，ApBi*別為狀態(tài)和輸入矩陣，輸入u(t)為整流側與逆變側的三相 電壓瞬時表達式，Ci為控制系統(tǒng)加入后的分量； B、 通過對高壓直流輸電系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)響應計算，得到高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)量隨時 間的關系Xi (t)，以及控制系統(tǒng)各運行量的初值； C、 在交流電壓變化下，進行直流暫態(tài)響應計算； D、 計算結束。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，步驟C具體 包括如下步驟： Cl如果到達仿真結束時刻，則轉到步驟D ; C2根據(jù)交流系統(tǒng)的三相電壓幅值，形成u (t); C3對直流系統(tǒng)的第i個運行工況，對于給定的時間步長A t，按照常系數(shù)非齊次線性微 分方程組的解析表達式計算直流系統(tǒng)的響應；
其中t為時間，h為第i個運行工況下的開始時刻，A t為時間步長，T為積分表達式 中的符號變量； C4按照整流器及逆變器的物理特性，判斷該運行工況是否結束，如果結束，重新計算換 相時刻得到At，轉到步驟C2,否則繼續(xù)下一步； C5根據(jù)Xi中控制變量的仿真值，修改系統(tǒng)的狀態(tài)方程、整流側的觸發(fā)延遲角a以及逆 變側的觸發(fā)超前角0 ; C6計算各整流器與逆變器的熄弧角Y，由Y判斷是否發(fā)生換相失敗，如果失敗，轉到 步驟C8 ; C7按照電路特性，得到下一個運行工況的化^^'根據(jù)電感電流以及電容電壓不能突 變的原理，利用上一個運行工況Xi的末值，得到下一個運行工況X i+1的初值；令i = i+1，轉 到步驟Cl ; C8判斷直流系統(tǒng)是否發(fā)生閉鎖，如果閉鎖，則轉到步驟D。
3. 根據(jù)權利要求1所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，步驟A及步 驟C7中所形成的ApBpCi中考慮了系統(tǒng)控制模型的分段函數(shù)和限幅環(huán)節(jié)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，關于系統(tǒng) 控制模型的分段函數(shù)，輸出y與輸入x，滿足y = K ? x+C，K與C的不同取值表示分段函數(shù) 的不同階段，而通過上一時刻輸出值y預測下一部分段函數(shù)所在區(qū)域，進而改變K與C。
5. 根據(jù)權利要求3所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，關于系統(tǒng) 控制模型的限幅環(huán)節(jié)，輸出y與輸入 x，同樣用K與C表示，滿足y = K ? x+C，對于輸出量 y，存在上下界，當y未到達上下界時，K = 1、C = O ;當y越界時，K = 0、C = ymax/ymin，ymax、 7_分別為上下界。
6. 根據(jù)權利要求1所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，步驟C6中， 計算各整流器與逆變器的熄弧角Y的采用換相結束時刻到下一次交流電壓兩相交界時刻 的相位差大小，而非采用傳統(tǒng)的準穩(wěn)態(tài)公式，計算結果更接近真實情況，當計算得到的熄弧 角Y值小于〇小時，取Y =〇°，可以判定發(fā)生換相失敗。
7. 根據(jù)權利要求1所述的高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其中，步驟B中， 控制系統(tǒng)各運行量的初值為，整流側的觸發(fā)延遲角a、逆變側的觸發(fā)超前角0、逆變側熄 弧角y。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)響應解析計算方法，其包括如下步驟：A、對高壓直流輸電系統(tǒng)的平波電抗器、直流濾波器以及直流輸電線路，結合電壓電流關系，按照電路原理，得出高壓直流輸電系統(tǒng)在不同運行工況下的微分代數(shù)方程組；根據(jù)控制系統(tǒng)的邏輯關系，建立控制系統(tǒng)的微分方程最終形成高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)方程該微分代數(shù)方程組為常系數(shù)非齊次線性微分方程組；其中xi為第i個運行工況下的狀態(tài)量，Ai、Bi分別為狀態(tài)和輸入矩陣，輸入u(t)為整流側與逆變側的三相電壓瞬時表達式，Ci為控制系統(tǒng)加入后的分量；B、通過對高壓直流輸電系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)響應計算，得到高壓直流輸電系統(tǒng)的狀態(tài)量隨時間的關系xi(t)，以及控制系統(tǒng)各運行量的初值；C、在交流電壓變化下，進行直流暫態(tài)響應計算；D、計算結束。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104820752
【申請?zhí)枴緾N201510242437
【發(fā)明人】趙勇, 趙利剛, 李崇濤, 杜正春, 林嘯, 夏道止
【申請人】中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術研究中心, 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月13日