高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法。包括有如下步驟：1）創(chuàng)建高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型項(xiàng)目文件；2）建立高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型；3）搭建高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型，通過輸入元件參數(shù)模塊輸入仿真模型中各元器件參數(shù)；4）基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，計(jì)算及輸出運(yùn)行結(jié)果；5）通過仿真計(jì)算及輸出的運(yùn)行結(jié)果，分析高壓直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的相互影響。本發(fā)明的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法建立了完整、精確的直流輸電元件模型，可針對高壓直流輸電一次系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的建模研究，并且仿真效果與實(shí)際高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行效果一致。
【專利說明】高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)數(shù)字仿真領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)中高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，屬于高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光纖技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展，換流站技術(shù)得到了不斷發(fā)展來滿足新的和不斷增加的性能要求。要駕馭好日益龐大的電網(wǎng)，必須依靠科技進(jìn)步，提聞電網(wǎng)科技含量和技術(shù)裝備水平。
[0003]目前，國內(nèi)外對直流輸電系統(tǒng)的研究多數(shù)是以CIGREHVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)為仿真平臺進(jìn)行的，對特高壓直流輸電系統(tǒng)建模研究較少，以特高壓工程實(shí)際參數(shù)建立模型的則更為少見。原CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)主要模擬對象是±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)，采用的是單極12脈動換流器，而糯扎渡-鶴山特高壓直流輸電采用單極雙12脈動的主接線方式，可見CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)模型已不能很好地模擬±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)，建立一個準(zhǔn)確的特高壓直流輸電仿真模型對特高壓直流輸電的研究有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法。本發(fā)明建立了完整、精確的直流輸電元件模型，可針對高壓直流輸電一次系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的建模研究，并且仿真效果與實(shí)際高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行效果一致。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來達(dá)到上述目的:本發(fā)明的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，包括有如下步驟:
1)創(chuàng)建高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型項(xiàng)目文件；
2)建立高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型；
3)搭建高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型，通過輸入元件參數(shù)模塊輸入仿真模型中各元器件參數(shù)；
4)基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，計(jì)算及輸出運(yùn)行結(jié)果；
5)通過仿真計(jì)算及輸出的運(yùn)行結(jié)果，分析高壓直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的相互影響。
[0006]上述步驟2)構(gòu)造單級雙十二脈動雙極HVDC電氣接線系統(tǒng)，建立單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型；
上述步驟2)搭建±800kV單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型。
[0007]上述步驟2)根據(jù)CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試輸電系統(tǒng)仿真要求構(gòu)造單級雙十二脈動雙極HVDC電氣接線系統(tǒng)。
[0008]上述步驟4)基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，計(jì)算輸出電壓、電流、換流器觸發(fā)角的運(yùn)行結(jié)果。
[0009]上述步驟4)通過圖形顯示模塊將仿真計(jì)算結(jié)果顯示在主界面上，便于實(shí)時(shí)查看仿真運(yùn)行過程及結(jié)果。[0010]上述步驟4)通過結(jié)果輸出模塊將仿真結(jié)果輸出到文件，便于后續(xù)仿真結(jié)果分析。
[0011]本發(fā)明以目前流行的電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)作為仿真環(huán)境，建立換流站仿真模型進(jìn)行詳細(xì)研究。運(yùn)用其搭建的系統(tǒng)可以廣泛用于電力系統(tǒng)中不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)直流輸電過程中的電磁暫態(tài)計(jì)算，輕型直流輸電的研究及諧波分析，交直流輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及運(yùn)行性能研究，并且可隨時(shí)記錄某時(shí)刻仿真系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)用于后續(xù)計(jì)算。它建立了完整、精確的直流輸電元件模型，可針對高壓直流輸電一次系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的建模研究，并且仿真效果與實(shí)際高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行效果一致。本發(fā)明可避免原CIGREHVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)模擬的±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)、單極12脈動換流器帶來的不準(zhǔn)確性，本發(fā)明根據(jù)設(shè)計(jì)單位的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，建立高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，該模型能夠完全反映此項(xiàng)工程的實(shí)際參數(shù)，具有很高的可信度。通過此模型可以分析電網(wǎng)穩(wěn)定性、可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]附圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0014]附圖2為單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)圖。
[0015]附圖3為單極雙12脈動換流器仿真模型圖。
[0016]附圖4為高壓直流輸電一次系統(tǒng)與控制系統(tǒng)作用方式圖。
[0017]附圖5為換流器觸發(fā)控制仿真模型原理圖。
[0018]附圖6為換流變壓器分接頭控制(TCC)仿真模型功能框圖。
[0019]圖中:1.交流濾波器，2.換流單元(p=12)，3.平波電抗器(Ld)，4.直流輸電線路(正極)，5.換流變壓器(T)，6.直流濾波器，7.電容器組，8.交流系統(tǒng)，9.中性母線，10.接地極線路，11.接地極，12.直流輸電線路(負(fù)極)，13.母線，14.A、B、C相母線，15.換流變壓器，16.換流器。17.換流閥(晶閘管)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]原CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)主要模擬對象是±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)，采用的是單極12脈動換流器，而糯扎渡-鶴山特高壓直流輸電電壓等級為±800kV，采用單極雙12脈動的主接線方式，為了解決這個問題，本發(fā)明利用當(dāng)前電力系統(tǒng)流行的仿真軟件搭建模型，提供一種電力系統(tǒng)數(shù)字仿真模型方法。本發(fā)明的應(yīng)用環(huán)境是±800kV特高壓直流輸電工程，與常規(guī)±500kV高壓直流輸電工程最大的不同是±800kV特高壓直流輸電首次采用單極雙12脈動換流器串聯(lián)連接的一次主回路接線方式。
[0021]糯扎渡-鶴山特高壓直流輸電電壓等級為±800kV，采用單極雙12脈動的主接線方式，本發(fā)明根據(jù)設(shè)計(jì)單位的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，建立糯扎渡特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，該模型能夠完全反映此項(xiàng)工程的實(shí)際參數(shù)，具有很高的可信度。通過此模型可以分析鶴山換流站接入江門電網(wǎng)后對江門電網(wǎng)穩(wěn)定性、可靠性的影響。
[0022]圖1為江門換流站仿真模型方法的總流程圖，首先創(chuàng)建高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型項(xiàng)目文件，然后根據(jù)CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試輸電系統(tǒng)仿真要求構(gòu)造單級雙十二脈動雙極HVDC電氣接線圖，建立高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，接著搭建高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型，通過輸入元件參數(shù)模塊輸入仿真模型中各元器件參數(shù)，然后基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行編譯，仿真計(jì)算輸出電壓、電流、換流器觸發(fā)角等運(yùn)行結(jié)果。圖形顯示模塊將仿真計(jì)算結(jié)果顯示在主界面上，便于實(shí)時(shí)查看仿真運(yùn)行過程及結(jié)果，結(jié)果輸出模塊將仿真結(jié)果輸出到文件便于后續(xù)仿真結(jié)果分析。通過上面建立的仿真平臺，可以分析高壓直流輸電系統(tǒng)跟交流系統(tǒng)的相互影響。
[0023]運(yùn)用電磁暫態(tài)仿真軟件搭建的單級雙十二脈動雙極HVDC電氣主接線圖如圖2所示，其主要設(shè)備包括有交流濾波器1、換流單元2 (p=12)、平波電抗器3 (Ld)、直流輸電線路正極導(dǎo)線4、換流變壓器5 (T)、直流濾波器6、電容器組7、交流系統(tǒng)8、中性母線9、接地極線路10、接地極11、直流輸電線路負(fù)極導(dǎo)線12、母線13等。兩端母線13之間為直流輸電系統(tǒng)，利用直流輸電線路正負(fù)兩極導(dǎo)線4、12和兩端換流站的正負(fù)兩極相連，構(gòu)成直流側(cè)的閉環(huán)回路，兩端換流站由換流單元2、換流變壓器5、母線13組成。兩端接地極11所形成的大地回路，可作為輸電系統(tǒng)的備用導(dǎo)線。正常運(yùn)行時(shí)，直流電流的路徑為正負(fù)兩根極線。實(shí)際上它是由兩個獨(dú)立運(yùn)行的單級大地回線系統(tǒng)構(gòu)成。正負(fù)兩極在地回路中的電流方向相反，地中電流為兩極電流之差值。兩極中的任一極均能構(gòu)成一個獨(dú)立運(yùn)行的單級輸電系統(tǒng)，兩極的電壓和電流可以不相等。雙極的電壓和電流均相等時(shí)稱為雙極對稱運(yùn)行方式，不相等時(shí)稱為電壓或電流的不對稱運(yùn)行方式。當(dāng)雙極電流相等時(shí)，地中無電流流過，實(shí)際上僅為兩極的不平衡電流，通常小于額定電流的1%。因此，在雙極對稱方式運(yùn)行時(shí)，可基本上消除由于地中電流所引起的電腐蝕等問題。當(dāng)雙極電流不對稱運(yùn)行時(shí)，兩極中的電流不相等，地中電流為兩極電流之差值。為了減小地中電流的影響，在運(yùn)行中盡量采用雙極對稱運(yùn)行方式，如果由于某種原因需要一個極降低電壓或電流運(yùn)行，則可轉(zhuǎn)為雙極電壓或電流不對稱運(yùn)行方式。交直流系統(tǒng)之間會互相影響，從而造成交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)中的諧波含量增加，諧波對系統(tǒng)有一定的危害，交流濾波器1、電容器組7和直流濾波器6的設(shè)置就是為了濾除系統(tǒng)的多余諧波，給系統(tǒng)一個良好的運(yùn)行環(huán)境。直流平波電抗器3與直流濾波器6 —起構(gòu)成高壓直流輸電換流站直流側(cè)的直流諧波濾波回路。平波電抗器能防止由直流線路或直流開關(guān)站所產(chǎn)生的陡波沖擊波進(jìn)入閥廳從而使換流閥免于遭受過電壓應(yīng)力而損壞。此外，雙極直流輸電工程的兩端接地極系統(tǒng)，包括中性母線9、接地極線路10、接地極11可根據(jù)工程所要求的單極大地回線運(yùn)行時(shí)間的長短來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0024]圖3為單極雙12脈動換流器仿真模型圖，主要由A、B、C相母線14、換流變壓器15、六脈動換流器單元16、換流閥17 (即晶閘管)等設(shè)備組成，是高壓直流輸電仿真模型的主要組成部分。其中，換流變壓器15的連接方式一個為YY連接，另一個為Y Λ連接，使兩個6脈動換流器的交流側(cè)得到相位相差30°的換相電壓，一端接到A、B、C三相母線14，一端接到六脈動換流器單元16。序號I'、2'、3'、4'、5'、6'表示它們導(dǎo)通時(shí)的順序。在每一個工頻周期內(nèi)有24個換流閥輪流導(dǎo)通。
[0025]高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型是高壓直流輸電系統(tǒng)控制性能的基礎(chǔ)。圖4是高壓直流輸電一次系統(tǒng)與控制系統(tǒng)作用方式圖，一次系統(tǒng)實(shí)時(shí)輸出換流器觸發(fā)角、直流電壓、直流電流及交流系統(tǒng)電壓等狀態(tài)參數(shù)至換流器觸發(fā)控制及換流變壓器分接頭控制，換流器觸發(fā)控制通過相關(guān)計(jì)算輸出觸發(fā)角指令值至一次系統(tǒng)控制換流器，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，換流變壓器分接頭控制經(jīng)過邏輯計(jì)算及判斷后輸出分接頭上升或下降命令至一次系統(tǒng)控制換流變壓器分接頭位置。通過一次系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間不斷的交換運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，控制系統(tǒng)可實(shí)時(shí)根據(jù)一次系統(tǒng)的運(yùn)行變化進(jìn)行準(zhǔn)確控制，保證高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
[0026]圖5為換流器觸發(fā)控制仿真模型原理圖，換流站主控制單元根據(jù)操作人員設(shè)定的各種直流功率調(diào)制值計(jì)算輸出直流電流指令值，低壓限流單元根據(jù)實(shí)際直流電壓的變化對電流指令值進(jìn)行限制計(jì)算，輸出電流限制值。電流限制值、實(shí)際電流值與電流裕度在電流放大器內(nèi)進(jìn)行誤差計(jì)算后輸出觸發(fā)角命令，進(jìn)而在脈沖發(fā)生單元中產(chǎn)生控制脈沖信號，控制換流閥的動作，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的直流電壓或電流。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行并保持換流器工作在額定范圍內(nèi)，根據(jù)高壓直流輸電系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)及控制方式，將電壓控制器、過電壓限制及最大觸發(fā)角控制的輸出在電流控制放大器限制環(huán)節(jié)進(jìn)行選擇，輸出對應(yīng)信號作為電流控制放大器的上下限值，將觸發(fā)角命令限制在一定范圍內(nèi)。
[0027]圖6是換流變壓器分接頭控制(TCC)仿真模型功能框圖，主要包括無載控制、電壓控制及換流器觸發(fā)角控制等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)通過比較直流輸電系統(tǒng)各控制量的實(shí)際響應(yīng)值與參考值之間的差值，分別輸出增大或減小控制量命令，將各控制環(huán)節(jié)輸出的控制命令在自動協(xié)調(diào)控制器內(nèi)經(jīng)過相關(guān)計(jì)算及邏輯判斷后，輸出換流變壓器分接頭上升或下降命令至換流變壓器，實(shí)現(xiàn)對換流變壓器分接頭檔位的調(diào)節(jié)。
[0028]本發(fā)明江門換流站仿真模型方法搭建±800kV單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)詳細(xì)研究，進(jìn)而分析換流站的接入對地區(qū)電網(wǎng)的影響。此方法避免了原CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)模擬的±500kV高壓直流輸電系統(tǒng)、單極12脈動換流器帶來的不準(zhǔn)確性，糯扎渡-鶴山特高壓直流輸電電壓等級為±800kV，采用單極雙12脈動的主接線方式，根據(jù)設(shè)計(jì)單位的實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，建立糯扎渡特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，該模型能夠完全反映此項(xiàng)工程的實(shí)際參數(shù)，具有很高的可信度。而且還可以分析鶴山換流站接入江門對江門電網(wǎng)穩(wěn)定性、可靠性的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于包括有如下步驟: 1)創(chuàng)建高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型項(xiàng)目文件； 2)建立高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型； 3)搭建高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型，通過輸入元件參數(shù)模塊輸入仿真模型中各元器件參數(shù)； 4)基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，計(jì)算及輸出運(yùn)行結(jié)果； 5)通過仿真計(jì)算及輸出的運(yùn)行結(jié)果，分析高壓直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的相互影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟2)構(gòu)造單級雙十二脈動雙極HVDC電氣接線系統(tǒng)，建立單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟2)搭建±800kV單極雙12脈動換流器雙極型高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟2)根據(jù)CIGRE HVDC標(biāo)準(zhǔn)測試輸電系統(tǒng)仿真要求構(gòu)造單級雙十二脈動雙極HVDC電氣接線系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟4)基于輸入的模型參數(shù)進(jìn)行仿真，計(jì)算輸出電壓、電流、換流器觸發(fā)角的運(yùn)行結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟4)通過圖形顯示模塊將仿真計(jì)算結(jié)果顯示在主界面上，便于實(shí)時(shí)查看仿真運(yùn)行過程及結(jié)果O
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓直流輸電工程中換流站的仿真方法，其特征在于上述步驟4)通過結(jié)果輸出模塊將仿真結(jié)果輸出到文件，便于后續(xù)仿真結(jié)果分析。
【文檔編號】H02J3/36GK103475016SQ201310211289
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】趙建青, 孫照軍, 梁廣宇, 劉洪潔, 程漢湘, 陳躍濤 申請人:廣東電網(wǎng)公司江門供電局