一種不對稱故障直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種不對稱故 障直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，超高壓、特高壓直流電網(wǎng)在我國很多地區(qū)相繼投入運(yùn)行，對電網(wǎng)的安全穩(wěn) 定運(yùn)行及控制提出了更高的要求。中國現(xiàn)在已建成并正式投運(yùn)的超高壓直流輸電系統(tǒng)的線 路總長度與輸送容量均居世界第一。未來15年內(nèi)，中國電網(wǎng)將是具有20多回超高壓、特高 壓直流輸電線路的超大規(guī)模交直流混聯(lián)電網(wǎng)。因大規(guī)模的直流輸電系統(tǒng)的投入運(yùn)行，大量 大功率的電力電子裝置及其它非線性元件被引入電力系統(tǒng)，該些元件的快速暫態(tài)過程對交 流系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響，使得對交直流混聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行仿真的困難大大增加。
[0003] 為了提高對交直流混聯(lián)系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真精度與速度，學(xué)者們進(jìn)行了各種直流 系統(tǒng)模型的理論研究。目前，交直流機(jī)電暫態(tài)分析中直流系統(tǒng)的模型主要有：等值電路模 型，動(dòng)態(tài)向量模型，小信號線性化模型，經(jīng)典準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，W及各種改進(jìn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型等。但 實(shí)際電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真中使用的仍然是經(jīng)典準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，經(jīng)典準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型的計(jì)算方法 成立的假定前提如下：
[0004] (1)交流系統(tǒng)是S相對稱、頻率為50化的基波正弦系統(tǒng)，不考慮諧波和中性點(diǎn)偏 移的作用；
[0005] (2)直流側(cè)平波電抗器電感值足夠大，且濾波器性能理想，使得直流電流經(jīng)濾波后 波形為平直的，不考慮紋波的影響；
[0006] (3)不計(jì)換流變壓器的飽和效應(yīng)、激磁阻抗和銅耗，認(rèn)為是理想變壓器；
[0007] (4)換流閥特性理想，即不計(jì)正向?qū)顟B(tài)的壓降并忽略阻斷狀態(tài)的漏電流，單橋 的六個(gè)閥W1/6周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)導(dǎo)通。
[000引然后基于平均值的思想，可W得到計(jì)及換相過程的換流器準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型。經(jīng)典 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型的兩個(gè)主要缺陷在于；（1)采用對對稱換相電壓求取平均值的公式計(jì)算直流側(cè) 電壓，而實(shí)際仿真中不對稱電壓作用下此直流平均電壓的計(jì)算方式存在很大的偏差，從而 影響計(jì)算的準(zhǔn)確性。因此需要建立較為精確的直流平均電壓計(jì)算方法。（2)對逆變側(cè)關(guān)斷 越前角的計(jì)算仍采用對稱情況下的計(jì)算方法，沒有考慮到換相電壓過零點(diǎn)移動(dòng)的因素，W 及換相電壓大小變化引起換相角變化造成的影響。
[0009] 考慮不對稱故障下電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真中的直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法，仍 是交直流混聯(lián)系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真中亟待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不對稱故障直流 系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法，在交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障下，使機(jī)電暫態(tài)仿真的精度高于經(jīng) 典準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，且計(jì)算量小于精確電磁暫態(tài)模型。
[0011] 為達(dá)到W上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] 不對稱故障下直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法，其特征在于：在超高壓、特高壓直流 換流站內(nèi)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，利用站內(nèi)控制中屯、獲取交流系統(tǒng)S相電壓半個(gè) 周波的波形信息，執(zhí)行W下步驟：
[0013] 步驟一：直流輸電系統(tǒng)換流器的六個(gè)晶閩管閥組編號上橋臂編號順序?yàn)殚y1-閥 3-閥5,下橋臂編號順序?yàn)殚y4-閥6-閥2 ;根據(jù)瞬時(shí)值表示的不對稱S相相電壓：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.不對稱故障下直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法，其特征在于：在超高壓、特高壓直流 換流站內(nèi)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，利用站內(nèi)控制中心獲取交流系統(tǒng)三相電壓半個(gè) 周波的波形信息，執(zhí)行以下步驟： 步驟一：直流輸電系統(tǒng)換流器的六個(gè)晶閘管閥組編號上橋臂編號順序?yàn)殚y1-閥3-閥 5,下橋臂編號順序?yàn)殚y4-閥6-閥2 ;根據(jù)瞬時(shí)值表不的不對稱三相相電壓：
式中：Ua、Ub、U。為不對稱a、b、c三相電壓的有效值；Θ a、Θ b、Θ。為不對稱a、b、c三相 電壓的相位，ω為交流系統(tǒng)的角頻率； 一周波內(nèi)六個(gè)晶閘管閥不對稱換相線電壓的實(shí)際過零點(diǎn)的具體時(shí)刻如下計(jì)算：
式中為不對稱故障波形下的閥i換相線電壓的過零點(diǎn)，i = 1，2,…，6 ; 步驟二：以閥3三個(gè)相鄰過零點(diǎn)為基準(zhǔn)的觸發(fā)電角度之平均值來確定閥3的觸發(fā)脈沖， 進(jìn)而按等間隔觸發(fā)其他閥；根據(jù)式（6)所計(jì)算的換相線電壓的6個(gè)過零點(diǎn)，能夠得出直流輸 電系統(tǒng)逆變側(cè)各閥的觸發(fā)脈沖發(fā)出電角度的計(jì)算公式如下：
式中：a i為直流輸電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)給出的逆變側(cè)觸發(fā)滯后角/rad，p i為不對稱故障 波形下的閥i觸發(fā)脈沖的電角度，i = 1，2,…，6 ; 步驟三：以直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)閥6觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)刻-閥1-閥2-閥3觸發(fā)脈沖發(fā) 出時(shí)刻的半個(gè)周波電壓波形求取直流電壓Udl的計(jì)算公式，即對閥p 6-p3的時(shí)段進(jìn)行計(jì)算如 下：
式中：?為逆變側(cè)等值換相電阻，I dI為逆變側(cè)直流電流，R :與I dI的乘積近似等值換相 過程引起的電壓變化Δν; 將不對三相相電壓實(shí)際波形（1)，代入上式（10)可得：
對上式（11)進(jìn)行積分求解得到不對稱換相電壓作用下，直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)直流平 均電壓的計(jì)算公式如式（12)所示；
式中：i為閥的編號，Id(t)為直流電流，ρ為投入相，q為退出相，r為另外半橋?qū)ǖ?br>Uspi、Usqi為不對稱故障下投入和退出相的相電壓有效值， L為等值換相電抗； 進(jìn)而，得出各閥的關(guān)斷越前角S 正后的計(jì)算公式如下： δ J= C ^pi- Ui i = I, 2, ···, 6 (21) 式中為不對稱故障波形下的閥i換相線電壓的過零點(diǎn)，i = 1，2,…6,分別如式（6) 所示； 直流輸電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)取一個(gè)周波六個(gè)晶閘管閥關(guān)斷越前角的最小值進(jìn)行晶閘管 閥的調(diào)節(jié)計(jì)算，以盡量模擬交直流混聯(lián)系統(tǒng)不對稱故障情況下直流輸電系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)節(jié)過 程，準(zhǔn)確仿真出直流換相失敗或直流閉鎖的場景；因此，一個(gè)周波的關(guān)斷越前角S為： δ =Hiin(Si) i = l，2，...，6 (22)〇
【專利摘要】一種不對稱故障直流系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型構(gòu)建方法，在超高壓、特高壓直流換流站內(nèi)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，利用站內(nèi)控制中心獲取逆變側(cè)交流系統(tǒng)三相線電壓半個(gè)周波的波形信息，通過不對稱換相電壓的實(shí)際波形來預(yù)測換相線電壓的過零時(shí)刻，改進(jìn)各晶閘管閥組觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時(shí)刻，進(jìn)而得到計(jì)及換相電壓大小變化所引起的直流平均電壓和換相角的數(shù)值，從而得到不對稱故障下直流系統(tǒng)的改進(jìn)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，以更準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104866689
【申請?zhí)枴緾N201510320518
【發(fā)明人】劉俊, 方萬良, 魏占宏, 高敏, 郭瑾程, 徐海超
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月9日