專利名稱：一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法。

背景技術(shù)：
隨著西電東送戰(zhàn)略實(shí)施及全國互聯(lián)電網(wǎng)步伐的加快，遠(yuǎn)距離大容量送電勢在必行，交直流聯(lián)合輸電已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著多條高壓直流輸電工程的投入運(yùn)行，我國將形成世界上最復(fù)雜的多饋入交直流混合系統(tǒng)。這使得交直流系統(tǒng)的相互影響更為突出，導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行問題復(fù)雜化，直流系統(tǒng)間相互影響的加強(qiáng)也增強(qiáng)了發(fā)生相繼換相失敗的危險(xiǎn)性。因此，對HVDC(High-Voltage Direct Current，高壓直流輸電)系統(tǒng)動態(tài)特性的研究就顯得十分迫切。
由于HVDC換流器開關(guān)電路的非線性特性，其動態(tài)特性的分析較為困難。數(shù)字仿真中采用的模型能否準(zhǔn)確反映直流系統(tǒng)的真實(shí)動態(tài)特性將直接影響仿真分析結(jié)果的可靠性和由此制定的控制策略的正確性，這就要求我們建立更能真實(shí)地反映HVDC動態(tài)特性的模型。
目前，廣泛使用的HVDC模型主要有詳細(xì)模型和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。EMTP(Elector-Magnetic Transient Program，電磁暫態(tài)仿真程序)與EMTDC(Electro Magnetic Transient in DC System，直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序)等軟件所采用的就是詳細(xì)模型，該模型能精確地模擬HVDC系統(tǒng)中各種元件的非線性特性，但計(jì)算步長小，計(jì)算量大，仿真速度慢，不適合大系統(tǒng)分析。而準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型中，交流側(cè)與直流側(cè)的電壓、電流關(guān)系由穩(wěn)態(tài)方程描述，忽略了換流橋的非線性特性，不能準(zhǔn)確考慮不對稱故障以及換相失敗對HVDC系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。
為了解決上述問題，動態(tài)相量法被引入到HVDC系統(tǒng)的建模中來。動態(tài)相量法源于傳統(tǒng)的平均值法，是基于反映動態(tài)元件特性的狀態(tài)變量對應(yīng)的時(shí)變傅立葉系數(shù)而得到的一種建模方法。動態(tài)相量模型是介于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型和詳細(xì)模型之間的一種相量模型，可以在一定研究范圍內(nèi)代替詳細(xì)時(shí)域模型，并且模型的復(fù)雜程度能夠根據(jù)需要而改變。
不過，傳統(tǒng)的基于動態(tài)相量法的HVDC系統(tǒng)模型的解析表達(dá)式是在理想條件下導(dǎo)出的，其換流器的數(shù)學(xué)模型僅考慮了交流側(cè)的基波分量和直流側(cè)的直流分量。當(dāng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，該模型不能正確反映HVDC系統(tǒng)的動態(tài)特性。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對目前國內(nèi)外提出的傳統(tǒng)的基于動態(tài)相量法的HVDC系統(tǒng)模型，只考慮理想環(huán)境，而忽略了系統(tǒng)中不對稱故障的情況，提出一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，將非理想因素考慮到仿真過程中，使仿真模型能夠更加準(zhǔn)確地反映直流系統(tǒng)的真實(shí)動態(tài)特性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述方法包括下列步驟 步驟1擴(kuò)展單態(tài)動態(tài)相量形式為多態(tài)動態(tài)相量形式；所述多態(tài)動態(tài)相量形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 其中，m＝1時(shí)，為單相動態(tài)相量形式；m＝3時(shí)，為三相動態(tài)相量形式，其展開形式為 步驟2采用開關(guān)函數(shù)表示換流閥特性，建立考慮交流基波電壓不對稱和直流電流存在紋波的非理想條件下HVDC系統(tǒng)的多態(tài)動態(tài)相量模型，所述模型包括整流器電壓多態(tài)動態(tài)相量模型、直流線路電流的多態(tài)動態(tài)相量模型、逆變器電壓的多態(tài)動態(tài)相量模型和交流側(cè)電流的多態(tài)動態(tài)相量模型； 步驟3根據(jù)多態(tài)動態(tài)相量模型的代數(shù)微分方程組，得到步驟2各個(gè)模型中每個(gè)變量隨時(shí)間變化的曲線； 步驟4然后，經(jīng)過傅立葉反變換，分別計(jì)算出完整的高壓直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、逆變側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、直流線路電流隨時(shí)間變化的曲線和交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線； 步驟5由步驟4獲得的結(jié)果，得到高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的所有數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真。
所述開關(guān)函數(shù)包括整流器三相電壓開關(guān)函數(shù)、逆變器三相電壓開關(guān)函數(shù)、整流器三相電流開關(guān)函數(shù)和逆變器三相電流開關(guān)函數(shù)；其中， 整流器三相電壓開關(guān)函數(shù)為 逆變器三相電壓開關(guān)函數(shù)為 整流器三相電流開關(guān)函數(shù)為 逆變器三相電流開關(guān)函數(shù)為 其中，n＝1，2，3，…，為正整數(shù)；An為傅立葉系數(shù)，α為觸發(fā)延遲角；μ為換相重迭角。
所述換流閥采用6個(gè)以1/6周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)的橋閥。
所述步驟2中， 所述整流器電壓多態(tài)動態(tài)相量模型為 <vdz>2＝<vraSrva>2+<vrbSrvb>2+<vrcSrvc>2＝<vra>1<Srva>1+<vrb>1<Srvb>1+<vrc>1<Srvc>1 所述直流線路電流的多態(tài)動態(tài)相量模型為 所述逆變器電壓的多態(tài)動態(tài)相量模型為 <Vdn>2＝<viaSiva>2+<vibSivb>2+<vicSivc>2＝<via>1<Siva>1+<vib>1<Sivb>1+<vic>1<Sivc>1 所述交流側(cè)電流的多態(tài)動態(tài)相量模型為 其中，上標(biāo)*表示取共軛；<·>k表示對應(yīng)時(shí)域函數(shù)的第k階動態(tài)相量；ir表示整流器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)ira，irb，irc來表示整流器交流側(cè)abc三相電流；Sri表示整流器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Sria，Srib，Sric來表示整流器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)；ii表示逆變器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)iia，iib，iic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流；Sii表示逆變器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Siia，Siib，Siic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)，表達(dá)式與整流器交流側(cè)三相電流開關(guān)函數(shù)類似，只是其中α＝π-β，其中β為越前關(guān)斷角。
所述步驟4中， 所述整流側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線為 所述逆變側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線為 所述直流線路電流隨時(shí)間變化的曲線為 所述交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線為 和 所述高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的所有數(shù)值包括整流側(cè)有功功率、逆變側(cè)有功功率、直流線路上損耗功率、直流線路上電壓降落、整流側(cè)功率因素、逆變側(cè)功率因素、整流側(cè)無功功率、逆變側(cè)無功功率、交流側(cè)功率、交流側(cè)功率、整流側(cè)觸發(fā)延遲角、逆變側(cè)觸發(fā)超前角、整流器換相重迭角、整流器換相重迭角。
本發(fā)明的效果在于，本發(fā)明提出了全新的電力系統(tǒng)仿真的高壓直流輸電系統(tǒng)多態(tài)動態(tài)相量模型，不論交流側(cè)發(fā)生的是對稱故障還是不對稱故障，都能夠很好的適應(yīng)。同時(shí)，采用多態(tài)動態(tài)相量的方法，建立高壓直流輸電系統(tǒng)動態(tài)相量模型，將時(shí)域復(fù)雜的卷積和積分方程，轉(zhuǎn)換成動態(tài)相量乘積及求和的方式進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行傅立葉反變換，得到時(shí)域波形，不僅形式簡單清晰，而且計(jì)算量減少，在大系統(tǒng)仿真中易于實(shí)現(xiàn)。



圖1是本發(fā)明提出的多態(tài)動態(tài)相量模型的示意圖。
圖2是本發(fā)明方法提出的多態(tài)動態(tài)相量法所應(yīng)用的簡單HVDC系統(tǒng)原理接線圖。
圖3是采用本發(fā)明提出的多態(tài)動態(tài)相量模型進(jìn)行仿真的流程圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明方法提出的多態(tài)動態(tài)相量法用Matlab所建的HVDC系統(tǒng)模型圖。
圖5是本發(fā)明所提出的HVDC多態(tài)動態(tài)相量模型在算例中的仿真波形與傳統(tǒng)的HVDC動態(tài)相量模型以及對應(yīng)的EMT模型仿真曲線的對比圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
本發(fā)明提出的多態(tài)動態(tài)相量法來源于單相動態(tài)相量法。傳統(tǒng)的單相動態(tài)相量法是以時(shí)變傅立葉變換為基礎(chǔ)的。時(shí)域中表示為x(τ)的波形在任一區(qū)間τ∈(t-T，t]，都可以用時(shí)變傅立葉級數(shù)表示為 (1) 其中，ωs＝2π/T。Kk(t)為第k階時(shí)變傅立葉系數(shù)。它是時(shí)間的函數(shù)。當(dāng)寬度為T的“滑動窗”在x(τ)上沿時(shí)間軸移動時(shí)，相量Xk(t)就會隨時(shí)間變化，因此稱Xk(t)為動態(tài)相量，它是x(τ)在“滑動窗”內(nèi)分解得到的傅立葉系數(shù)。為描述方便，采用簡寫符號來表示動態(tài)相量，記 其中，<x>k(t)表示第k階動態(tài)相量，<·>表示對應(yīng)的時(shí)域函數(shù)，下標(biāo)k表示該相量為第k階傅立葉系數(shù)。動態(tài)相量具有兩個(gè)重要特性，乘積特性和微分特性 (3) 可以看出，動態(tài)相量建模的實(shí)質(zhì)是保留傅立葉級數(shù)中較大的項(xiàng)，以抓住系統(tǒng)的主要特征。
本發(fā)明結(jié)合多態(tài)相分量法，擴(kuò)展單相動態(tài)相量，有 (4) 對于電力系統(tǒng)，表示其單相特征參數(shù)時(shí)，令m＝1，寫成單相動態(tài)相量的形式，即 表示其三相特征參數(shù)時(shí)，令m＝3，寫成三相動態(tài)相量的形式，即 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生對稱故障時(shí)，可以用單相動態(tài)相量的形式表示，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，可以用三相動態(tài)相量的形式表示。即，不論系統(tǒng)發(fā)生對稱故障還是不對稱故障，都可以用式(4)所示的形式表示。并且，本發(fā)明提出的多態(tài)動態(tài)相量法不僅形式簡單清晰，而且計(jì)算量減少，在大系統(tǒng)仿真中易于實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)動態(tài)相量模型是在理想條件下導(dǎo)出的，其換流器的數(shù)學(xué)模型僅考慮了交流側(cè)的基波分量和直流分量。但是，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，該模型不能正確反映HVDC系統(tǒng)的動態(tài)特性。
本發(fā)明采用開關(guān)函數(shù)表示換流閥特性，建立考慮交流基波電壓不對稱和直流電流存在紋波的非理想條件下HVDC系統(tǒng)的動態(tài)模型。
設(shè)換流閥的特性是理想的，六個(gè)橋閥以1/6周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)，可以用開關(guān)函數(shù)表示換流閥。整流側(cè)直流電壓和交流側(cè)相電流可以分別表示為 vdz＝vraSrva+vrbSrvb+vrcSrvc(7) 式中，Srva，Srvb，Srvc和Sria，Srib，Sric分別表示abc三相電壓開關(guān)函數(shù)和電流開關(guān)函數(shù) 其中，n＝1，2，3，…，為正整數(shù)；An為傅立葉系數(shù)；α為觸發(fā)延遲角；μ為換相重迭角，E為該相交流側(cè)電壓幅值，id為直流電流?？梢钥闯觯@些動態(tài)相量都是直流電流id和該相交流側(cè)電壓幅值E的函數(shù)。
發(fā)生不對稱故障時(shí)，設(shè)交流電壓不對稱且不含除基波外的各次諧波，將不對稱電壓分解成正、負(fù)、零序，得到
其中，V1，V2，V0和

θ，γ分別為正負(fù)零序的電壓幅值和初相角。代入式(7)，計(jì)及換向角的影響，有
在工程實(shí)際應(yīng)用中，常常只需考慮低次非特征諧波，上式可令n＝1，則有
由此可以看出，發(fā)生不對稱故障時(shí)，整流器直流側(cè)輸出的電壓可只考慮直流分量和二倍頻分量。
因?yàn)橹绷鱾?cè)輸出電流與電壓同頻，因此輸出電流可以表示為式(14)的形式
其中，Idα為直流電流，Idp為諧波電流的幅值，

為相應(yīng)的初相角。將式(14)代入式(8)，同理只考慮其主導(dǎo)非特征諧波，令n＝1，整理，得 可以看出，發(fā)生不對稱故障時(shí)，交流側(cè)輸入的電流可只考慮基頻分量和三倍頻分量。
令式(4)中m＝3，由式(7)～(15)，可以得到當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，HVDC系統(tǒng)的動態(tài)相量模型。
對于整流側(cè)，有 (16) <vdz>2＝<vraSrva>2+<vrbSrvb>2+<vrcSrvc>2＝<vra>1<Srva>1+<vrb>1<Srvb>1+<vrc>1<Srvc>1 其中 逆變側(cè)的三相動態(tài)相量模型的推導(dǎo)過程與整流側(cè)類似。逆變器直流電壓和交流側(cè)三相電流動態(tài)相量模型分別為 (18) <vdn>2＝<via>1<Siva>1+<vib>1<Sivb>1+<vic>1<Sivc>1 式中，Siva，Sivb，Sivc和Siia，Siib，Siic分別表示逆變側(cè)abc三相電壓開關(guān)函數(shù)和電流開關(guān)函數(shù) 其中，α＝π-β，其中β為越前關(guān)斷角。
對直流線路部分，有 其中，上標(biāo)*表示取共軛，<·>k表示對應(yīng)時(shí)域函數(shù)的第k階動態(tài)相量。圖2是本發(fā)明方法提出的多態(tài)動態(tài)相量法所應(yīng)用的簡單HVDC系統(tǒng)原理接線圖。圖2中，vra，vrb，vrc分別表示整流器交流側(cè)abc三相電壓；Srva，Srvb，Srvc分別為表示整流器交流側(cè)abc三相電壓的開關(guān)函數(shù) 其中，n＝1，2，3，…，為正整數(shù)；An為傅立葉系數(shù)，α為觸發(fā)延遲角；μ為換相重迭角；α和μ為控制系統(tǒng)根據(jù)仿真模型計(jì)算電流得到的，初值為仿真開始時(shí)刻系統(tǒng)的運(yùn)行值，然后根據(jù)本發(fā)明提出的模型計(jì)算得到的電流值和電壓值，計(jì)算下一步仿真計(jì)算時(shí)刻的α和μ。
via，vib，vic分別表示逆變器交流側(cè)abc三相電壓；Siva，Sivb，Sivc分別為表示逆變器交流側(cè)abc三相電壓的開關(guān)函數(shù)，與整流側(cè)開關(guān)函數(shù)的表達(dá)式類似，只是其中的α＝π-β，其中β為越前關(guān)斷角；Ld為平波電抗；rd為直流線路電阻；ω表示正弦量的角頻率，一般對50HZ的系統(tǒng)，ω＝2πf；vdz，vdn分別表示高壓直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)與逆變側(cè)的直流電壓；id表示高壓直流輸電系統(tǒng)直流電路上的直流電流。
對于交流側(cè)三相電流，有 (21) 其中，ir表示整流器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)ira，irb，irc來表示整流器交流側(cè)abc三相電流；Sri表示整流器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Sria，Srib，Sric來表示整流器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)，用下式表示 ii表示逆變器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)iia，iib，iic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流； Sii表示逆變器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Siia，Siib，Siic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)，表達(dá)式與整流器交流側(cè)三相電流開關(guān)函數(shù)類似，只是其中α＝π-β，其中β為越前關(guān)斷角。
式(16)～(21)就是交流側(cè)發(fā)生不對稱故障時(shí)HVDC系統(tǒng)完整的多態(tài)動態(tài)相量模型。
圖3是采用本發(fā)明提出的多態(tài)動態(tài)相量模型進(jìn)行仿真的流程圖。圖3中，首先確定仿真的時(shí)間步長和仿真的時(shí)域；之后，通過上面建立的模型，在考慮交流基波電壓不對稱和直流電流存在紋波的非理想條件下，輸入交流側(cè)電壓的時(shí)域值；根據(jù)多態(tài)動態(tài)相量模型的代數(shù)微分方程組，得到各個(gè)模型中每個(gè)變量隨時(shí)間變化的曲線；然后，經(jīng)過傅立葉反變換，分別計(jì)算出完整的高壓直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、逆變側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、直流線路電流隨時(shí)間變化的曲線和交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線；經(jīng)過多次迭代，最終得到高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的所有數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真。可以通過計(jì)算得到高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的數(shù)值包括 送端(整流側(cè))有功功率pdz(t)＝vdz(t)id(t)； 受端(逆變側(cè))有功功率pdn(t)＝vdn(t)id(t)； 直流線路上損耗功率Δpd(t)＝pdz(t)-pdn(t)； 直流線路上電壓降落Δvd(t)＝vdz(t)-vdn(t)； 送端(整流側(cè))功率因素

其中，T為一個(gè)周期，T＝0.02s； 受端(逆變側(cè))功率因素

其中，E1為送端空載線電壓有效值，E2為受端空載線電壓有效值(這兩個(gè)值是已知的)； 送端(整流側(cè))無功功率
受端(逆變側(cè))無功功率
交流側(cè)功率pr(t)＝vr(t)(m)·ir(t)(m)； 交流側(cè)功率pi(t)＝vi(t)(m)·ii(t)(m)； 送端(整流側(cè))觸發(fā)延遲角
受端(逆變側(cè))觸發(fā)超前角
整流器換相重迭角 整流器換相重迭角 本發(fā)明從我國電網(wǎng)的實(shí)際情況觸發(fā)，以雙端HVDC系統(tǒng)為例，搭建了不對稱故障下HVDC系統(tǒng)的動態(tài)相量模型，該模型很容易推廣到多端口直流系統(tǒng)中。
仿真系統(tǒng)為圖2所示的一個(gè)含HVDC的簡單系統(tǒng)。整流側(cè)交流電壓為220V，直流線路電阻1Ω，電感1H。整流側(cè)采用定電流控制，參考電流為10A，逆變側(cè)采用定電壓控制，參考電壓為110V。
圖4是根據(jù)本發(fā)明方法提出的多態(tài)動態(tài)相量法用Matlab所建的HVDC系統(tǒng)模型圖。圖4中，虛線框部分的整流器、逆變器和直流線路對應(yīng)圖1；A、B、C和a、b、c分別是交流系統(tǒng)的三相表示。大小寫的目的主要是為了區(qū)別變壓器的一次繞組和二次繞組?；诒景l(fā)明提出的HVDC多態(tài)動態(tài)相量模型，使用Matlab/Simulink建立相應(yīng)的模塊對HVDC系統(tǒng)不對稱故障進(jìn)行仿真。
為了驗(yàn)證該模型的有效性，以下介紹一個(gè)實(shí)施例，對典型的不對稱故障進(jìn)行仿真，并將結(jié)果與其相應(yīng)的傳統(tǒng)HVDC動態(tài)相量模型以及相應(yīng)的詳細(xì)EMT(Electro-Magnetic Transient，電磁暫態(tài))模型仿真結(jié)果進(jìn)行比較。仿真曲線依次為整流側(cè)直流電壓Udz，直流電流Id，觸發(fā)延遲角α，整流側(cè)交流電流Ira，Irb，Irc。
算例為0.3s時(shí)整流側(cè)交流端發(fā)生單相接地短路，0.35s切除故障，0.5s結(jié)束仿真。仿真結(jié)果如圖5所示，圖5是本發(fā)明所提出的HVDC多態(tài)動態(tài)相量模型在算例中的仿真波形與傳統(tǒng)的HVDC動態(tài)相量模型以及對應(yīng)的EMT模型仿真曲線的對比圖，圖5中，本發(fā)明的多態(tài)動態(tài)相量模型仿真結(jié)果見圖5(a)，傳統(tǒng)動態(tài)相量模型仿真結(jié)果見圖5(b)，EMT仿真結(jié)果如圖5(c)所示。
將算例中三種模型的計(jì)算速度進(jìn)行比較，見表1。
表1多態(tài)動態(tài)相量模型和動態(tài)相量模型以及EMT模型仿真時(shí)間比較 仿真結(jié)果表明，與詳細(xì)EMT仿真結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生不對稱故障時(shí)傳統(tǒng)動態(tài)相量模型不能準(zhǔn)確反應(yīng)出HVDC系統(tǒng)的動態(tài)特性，而多態(tài)動態(tài)相量模型仿真得到的結(jié)果能夠很好地表征出EMT仿真結(jié)果，不僅具有良好的精度，而且能夠直接反映出故障的本質(zhì)特征。同時(shí)，多態(tài)動態(tài)相量模型的仿真時(shí)間要遠(yuǎn)小于EMT仿真時(shí)間。
本發(fā)明提供的方法中所提出的多態(tài)動態(tài)相量模型，一方面，算法組織簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對大電網(wǎng)交直流系統(tǒng)穩(wěn)定性和暫態(tài)分析提供了良好的基礎(chǔ)，并對今后大規(guī)模交直流系統(tǒng)混合仿真接口問題提供了一種新思路。另一方面，根據(jù)該模型所建立的HVDC不對稱故障下的動態(tài)相量模型，解決了傳統(tǒng)HVDC模型在分析不對稱故障時(shí)因僅考慮交流側(cè)基波分量和直流側(cè)直流分量而帶來的不能正確反映HVDC動態(tài)特性的問題，計(jì)算效率高且不失準(zhǔn)確性。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述方法包括下列步驟
步驟1擴(kuò)展單態(tài)動態(tài)相量形式為多態(tài)動態(tài)相量形式；所述多態(tài)動態(tài)相量形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式為
其中，m＝1時(shí)，為單態(tài)動態(tài)相量形式；m＝3時(shí)，為三相動態(tài)相量形式，其展開形式為
步驟2采用開關(guān)函數(shù)表示換流閥特性，建立考慮交流基波電壓不對稱和直流電流存在紋波的非理想條件下HVDC系統(tǒng)的多態(tài)動態(tài)相量模型，所述模型包括整流器電壓多態(tài)動態(tài)相量模型、直流線路電流的多態(tài)動態(tài)相量模型、逆變器電壓的多態(tài)動態(tài)相量模型和交流側(cè)電流的多態(tài)動態(tài)相量模型；
步驟3根據(jù)多態(tài)動態(tài)相量模型的代數(shù)微分方程組，得到步驟2各個(gè)模型中每個(gè)變量隨時(shí)間變化的曲線；
步驟4然后，經(jīng)過傅立葉反變換，分別計(jì)算出完整的高壓直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、逆變側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線、直流線路電流隨時(shí)間變化的曲線和交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線；
步驟5由步驟4獲得的結(jié)果，得到高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的所有數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述開關(guān)函數(shù)包括整流器三相電壓開關(guān)函數(shù)、逆變器三相電壓開關(guān)函數(shù)、整流器三相電流開關(guān)函數(shù)和逆變器三相電流開關(guān)函數(shù)；其中，
整流器三相電壓開關(guān)函數(shù)為
逆變器三相電壓開關(guān)函數(shù)為
整流器三相電流開關(guān)函數(shù)為
逆變器三相電流開關(guān)函數(shù)為
其中，n＝1，2，3，…，為正整數(shù)；An為傅立葉系數(shù)，α為觸發(fā)延遲角；μ為換相重迭角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述換流閥采用6個(gè)以1/6周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)的橋閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述步驟2中，
所述整流器電壓多態(tài)動態(tài)相量模型為
所述直流線路電流的多態(tài)動態(tài)相量模型為
所述逆變器電壓的多態(tài)動態(tài)相量模型為
所述交流側(cè)電流的多態(tài)動態(tài)相量模型為
其中，上標(biāo)*表示取共軛；<·>k表示對應(yīng)時(shí)域函數(shù)的第k階動態(tài)相量；ir表示整流器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)ira，irb，irc來表示整流器交流側(cè)abc三相電流；Sri表示整流器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Sria，Srib，Sric來表示整流器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)；ii表示逆變器交流側(cè)電流，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)iia，iib，iic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流；Sii表示逆變器交流側(cè)電流的開關(guān)函數(shù)，m＝1時(shí)可取三相中任一相來表示，m＝3時(shí)，取三相參數(shù)Siia，Siib，Siic來表示逆變器交流側(cè)abc三相電流的開關(guān)函數(shù)，表達(dá)式與整流器交流側(cè)三相電流開關(guān)函數(shù)類似，只是其中α＝π-β，其中β為越前關(guān)斷角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述步驟4中，
所述整流側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線為
所述逆變側(cè)直流電壓隨時(shí)間變化的曲線為
所述直流線路電流隨時(shí)間變化的曲線為
所述交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線為
和
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法，其特征是所述高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的所有數(shù)值包括整流側(cè)有功功率、逆變側(cè)有功功率、直流線路上損耗功率、直流線路上電壓降落、整流側(cè)功率因素、逆變側(cè)功率因素、整流側(cè)無功功率、逆變側(cè)無功功率、交流側(cè)功率、交流側(cè)功率、整流側(cè)觸發(fā)延遲角、逆變側(cè)觸發(fā)超前角、整流器換相重迭角、整流器換相重迭角。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種提高高壓直流輸電系統(tǒng)仿真能力的方法。技術(shù)方案是，擴(kuò)展單態(tài)動態(tài)相量形式為多態(tài)動態(tài)相量形式；采用開關(guān)函數(shù)表示換流閥特性，建立考慮交流基波電壓不對稱和直流電流存在紋波的非理想條件下HVDC系統(tǒng)的多態(tài)動態(tài)相量模型；并根據(jù)該模型的代數(shù)微分方程組，得到模型中每個(gè)變量隨時(shí)間變化的曲線；然后，經(jīng)過傅立葉反變換，分別計(jì)算出完整的高壓直流輸電系統(tǒng)整流側(cè)直流電壓、逆變側(cè)直流電壓、直流線路電流和交流側(cè)電流隨時(shí)間變化的曲線；最后計(jì)算高壓直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)和交流側(cè)的各值，實(shí)現(xiàn)對高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真。本發(fā)明在仿真中對非對稱故障具有良好的適應(yīng)性，同時(shí)計(jì)算效率高且不失準(zhǔn)確性。
文檔編號G06F17/50GK101572408SQ20091008030
公開日2009年11月4日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者劉崇茹, 洪善寧, 江 左, 欣 艾 申請人:華北電力大學(xué)