柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法。在對柔性直流電網(wǎng)一端換流站進(jìn)行小干擾分析中，需要對其余部分進(jìn)行小干擾阻抗等效。基于柔性直流的換流站控制系統(tǒng)復(fù)雜，在對其進(jìn)行小干擾阻抗等效時，需要考慮多重因素，本發(fā)明等效數(shù)學(xué)模型不僅考慮了其運(yùn)行時一次系統(tǒng)工況，而且考慮了其本地控制及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)多項參數(shù)，有較高的準(zhǔn)確性，從而實現(xiàn)小干擾分析中快速性和精確性的平衡。
【專利說明】
柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及柔性直流電網(wǎng)小干擾穩(wěn)定性分析中小干擾阻抗的等效方法，具體涉及 一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電壓穩(wěn)定性是交流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，而相對于交流電網(wǎng)，柔性直流 電網(wǎng)通常接入更多的電力電子設(shè)備，如換流器、直流變壓器等，這些電力電子設(shè)備對電壓波 動的耐受能力通常不高。因此維持柔性直流電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性有著更為重要的意義。
[0003] 柔性直流系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定分析目前主要采用小干擾分析方法。已有的一些多端柔 性直流系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定分析方法通過分析系統(tǒng)特征方程矩陣的特征值，而當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增 大時，特征方程矩陣的規(guī)模也會隨之增大，且當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化時需要重新計算全網(wǎng) 的系統(tǒng)特征方程，計算量過大，對求解速度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。而另一些小干擾分析方法則根據(jù) 換流器接入直流電網(wǎng)出口處元件的不同（電容或電感)將帶有本地控制的換流站分為電壓 源和電流源型，并進(jìn)一步簡化為非理想電壓源或電流源，這些方法又過于簡化，無法保證精 度。在多端柔性直流電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析中，需要建立換流站的小干擾阻抗數(shù)學(xué)模型，為此 本發(fā)明建立了一個柔性直流換流站的小干擾阻抗等效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法，以便于柔性直 流電網(wǎng)小干擾電壓穩(wěn)定性分析，本發(fā)明的方法計及了本地控制的各項控制參數(shù)、協(xié)調(diào)控制 的多種方式及其參數(shù)，以及一次系統(tǒng)的運(yùn)行工況，因此有較高的精度；同時忽略了對其他端 穩(wěn)定性分析影響較小的換流閥時間常數(shù)，因此降低了模型的復(fù)雜程度，有利于減少小干擾 分析的計算時間。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，解決其技術(shù)問題，本發(fā)明在小干擾分析中基于直流電壓 和電流的小干擾量，計算柔性直流電網(wǎng)中換流站的等效阻抗，采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 針對本地控制采用雙環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)比例參數(shù)為心，積分參數(shù)為Ki，功率外環(huán)比 例參數(shù)為Kp2，直流側(cè)極間電容為C的換流站，換流站協(xié)調(diào)控制輸出的功率參考值P =采用以 下數(shù)學(xué)特性：
，其中參數(shù)kU(Mn)和kP分別為直流電壓 和輸出功率的下垂控制權(quán)重，kU(Mn)和kP不同時為0，n為直流電壓的指數(shù)，UDCref為換流器直 流電壓參考值，Ps為交流電源輸出功率，Psrrf為交流電源輸出功率參考值，換流站在不同工 況下的小干擾阻抗可以通過如下方法得到：
[0007] 將換流閥交流側(cè)系統(tǒng)正序電感和單相換流電感相加得到交流側(cè)總電感La。，將系統(tǒng) 正序電阻和單相換流等效電阻相加得到交流側(cè)總電阻R a。，通過測量獲取交流電源電壓基波 相量Us，換流器直流電壓UDCQ，換流器直流側(cè)電流I DCQ，將Us在d/q同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，即 令Us = UsdQ+j · UsqQ，換流器輸出功率Pdcq = UdcqX Idcq;計算電流內(nèi)環(huán)時間常數(shù)得到ω i = Kp/ La。。柔性直流電網(wǎng)中換流站的等效阻抗Zt。倒數(shù)的計算方法如下式：
[0009] 與現(xiàn)有方法相比，該方法的優(yōu)點在于:本發(fā)明建立了一種柔性直流換流站小干擾 阻抗的等效方法，提出一種等效數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型計及了控制參數(shù)和控制方式，因此針 對采用各種協(xié)調(diào)控制的換流站，本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型都能進(jìn)行精確等效；由于本發(fā)明的數(shù)學(xué) 模型考慮了運(yùn)行工況，因此當(dāng)換流站接入的交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)的工況發(fā)生改變，本發(fā)明 的數(shù)學(xué)模型都能進(jìn)行精確等效;此外忽略了換流閥時間常數(shù)，從而在不影響準(zhǔn)確性的情況 下降低了模型的復(fù)雜程度，有利于減少小干擾分析的計算時間：因此本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型實 現(xiàn)了小干擾分析中快速性和精確性的平衡。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實例所述的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效數(shù)學(xué)模型計算智能測 控裝置接線示意圖。
【具體實施方式】
[0011] 本發(fā)明的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法，尤其適用于在柔性直流電網(wǎng)中 的小干擾逐端分析。下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明的具體實施作進(jìn)一步說明。
[0012] 智能測控裝置是目前廣泛采用的測控裝置，它通常由模擬量采集模塊、中央處理 單元、通信模塊、人機(jī)界面等模塊構(gòu)成。
[0013]圖1表示了一個接入交、直流系統(tǒng)的柔性直流換流站簡化模型，本發(fā)明方法在智能 測控裝置1中進(jìn)行計算。智能測控裝置1的模擬量采集模塊通過交流電壓互感器2連接交流 電源，并通過直流電壓傳感器3和直流電流傳感器4連接換流站的直流出口，其通信模塊連 接控制裝置6的通信模塊。柔性直流電網(wǎng)小干擾穩(wěn)定分析中央處理單元5連接智能測控裝置 1和VSC控制裝置6的通信模塊，同時與柔性直流電網(wǎng)中其他端的智能測控裝置和VSC控制裝 置相連。
[0014] 智能測控裝置1通過人機(jī)界面獲取換流閥交流側(cè)系統(tǒng)正序電阻、電感及單相換流 電阻、電感，通過模擬量采集回路測量交流電源電壓基波相量、直流電壓和直流電流，分別 記為仏、1^〇、1此〇，通過通信模塊獲?。?(：控制裝置6中采用雙環(huán)控制的本地控制和協(xié)調(diào)控制 的控制參數(shù)，其中電流內(nèi)環(huán)比例參數(shù)記為心，積分參數(shù)記為1，功率外環(huán)采用簡單的比例環(huán) 節(jié)控制，比例參數(shù)記為K p2，協(xié)調(diào)控制的直流電壓和輸出功率的權(quán)重分別記為kudc^n)和kP。
[0015] 然后智能測控裝置1將U^d/q同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，即令Us = UsdQ+j · usqQ，將 UDC0和IDCQ相乘，得到換流器輸出功率為PDCQ = UDC()XIDC();同時將換流閥交流側(cè)系統(tǒng)正序電感 和單相換流電感相加得到交流側(cè)總電感L a。，將系統(tǒng)正序電阻和單相換流等效電阻相加得到 交流側(cè)總電阻Ra。，并計算電流內(nèi)環(huán)時間常數(shù)得到ωρΚρ/U。。之后，智能測控裝置1根據(jù)上 述參數(shù)計算得到柔性直流換流站小干擾阻抗的等效數(shù)學(xué)模型Z t。，其計算公式如下式：
[0017] 最后智能測控裝置1通過通信模塊向小干擾穩(wěn)定分析中央處理單元5傳遞本端小 干擾阻抗的等效數(shù)學(xué)模型Zt。的計算結(jié)果。通過接收柔性直流電網(wǎng)中各端換流站小干擾阻抗 的等效數(shù)學(xué)模型，小干擾穩(wěn)定分析中央處理單元5在小干擾分析中將一個復(fù)雜的多端柔性 直流電網(wǎng)系統(tǒng)簡化為一個待分析的換流站(采用詳細(xì)小干擾分析模型）與一個代表系統(tǒng)其 他部分，由等效阻抗組成的無源網(wǎng)絡(luò)相連的模型，從而在不影響準(zhǔn)確性的情況下降低了模 型的復(fù)雜程度，實現(xiàn)小干擾分析中快速性和精確性的平衡。當(dāng)小干擾分析結(jié)果為不穩(wěn)定時， 小干擾穩(wěn)定分析中央處理單元5向VSC控制裝置6發(fā)出調(diào)整控制參數(shù)的信號，以便保持柔性 直流電網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性。
[0018] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1. 一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效方法，其特征在于:針對本地控制采用雙環(huán) 控制，電流內(nèi)環(huán)比例參數(shù)為Kp，積分參數(shù)為Ki，功率外環(huán)比例參數(shù)為Kp 2，直流側(cè)極間電容為C 的換流站，若換流站協(xié)調(diào)控制輸出的功率參考值P $采用以下數(shù)學(xué)特性：1其中參數(shù)kudcKn)和kp分別為直流電壓和輸出功 率的下垂控制權(quán)重，kudc(n)和kP不同時為0，n為直流電壓的指數(shù)，Udc為換流器直流電壓，U DCref 為換流器直流電壓參考值，Ps為交流電源輸出功率，Psrrf為交流電源輸出功率參考值，則換 流站在不同工況下的小干擾阻抗可以通過如下方法得到： 將換流閥交流側(cè)系統(tǒng)正序電感和單相換流電感相加得到交流側(cè)總電感Lac，將系統(tǒng)正序 電阻和單相換流等效電阻相加得到交流側(cè)總電阻Ra。，通過測量獲取交流電源電壓基波相量 Us，換流器直流電壓Udoj，換流器直流側(cè)電流Idcq，將Us在d/q同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，得到U s =Usdo+j · UsqQ，換流器輸出功率Pdcq = Udcq X Idcq ;計算電流內(nèi)環(huán)時間常數(shù)ω i = KP/Lac;按下 式計算拉普拉斯變換下(s為拉普拉斯因子)柔性直流電網(wǎng)中換流站的小干擾等效阻抗Z te:
【文檔編號】H02J3/36GK106026155SQ201610322819
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】徐習(xí)東, 金陽忻, 董榮森, 黃曉明, 陸翌, 裘鵬
【申請人】浙江大學(xué), 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院