本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)仿真及計算領(lǐng)域，具體涉及一種用于直流饋入電網(wǎng)直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的簡化求解方法。

背景技術(shù)：

基于晶閘管控制的高壓直流輸電系統(tǒng)由直流設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)兩部分組成。直流設(shè)備系統(tǒng)一般包含換流變壓器、換流器、直流濾波器、平波電抗器以及直流輸電線路等，直流控制系統(tǒng)由整流側(cè)和逆變側(cè)的控制邏輯形成。由于直流系統(tǒng)的物理特性，整流側(cè)和逆變側(cè)均存在導(dǎo)通或者換相過程。根據(jù)直流主設(shè)備系統(tǒng)的響應(yīng)，直流控制系統(tǒng)按照其控制邏輯形成換流器的觸發(fā)脈沖時刻，換流器按照其物理特性完成換流閥的自動關(guān)斷。

在逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生對稱或者不對稱故障后，直流系統(tǒng)逆變器可能發(fā)生換相失敗。不同于交直流混聯(lián)系統(tǒng)，對直流饋入式電力系統(tǒng)而言，直流系統(tǒng)聯(lián)系的電網(wǎng)處于不同的同步電網(wǎng)。因此在直流饋入式系統(tǒng)的暫態(tài)仿真中，不用考慮整流側(cè)電網(wǎng)受到換相失敗的影響，從而可以對整流側(cè)系統(tǒng)進行適當簡化。

在簡化模型的基礎(chǔ)上，保留了直流系統(tǒng)逆變側(cè)的詳細結(jié)構(gòu)，可用于對直流系統(tǒng)逆變側(cè)電磁暫態(tài)過程的模擬。適用于機電-電磁暫態(tài)混合仿真，且能夠進行逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障后引發(fā)的換相失敗判斷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提出一種用于直流饋入電網(wǎng)直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的簡化求解方法，目的在于求解逆變側(cè)換流變壓器電壓為對稱或者不對稱情況下直流系統(tǒng)的響應(yīng)；該方法通過對整流側(cè)的直流模型進行適當簡化，主要考慮逆變側(cè)電壓變化下直流系統(tǒng)的動態(tài)行為；該方法在保留直流逆變側(cè)詳細結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上化簡了直流系統(tǒng)的模型，計算效率高，且能夠模擬直流系統(tǒng)的換相失敗，在電力系統(tǒng)的機電-電磁暫態(tài)仿真以及直流系統(tǒng)的換相失敗判斷方面有重要的意義。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于直流饋入電網(wǎng)直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的簡化求解方法，將高壓直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)交流電源、換流變壓器和換流器簡化為幅值可變的直流電壓源，利用觸發(fā)角與整流側(cè)交流電壓求出等值電壓，降低直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)求解的復(fù)雜度；具體如下：

1)直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)方程按照如下方法形成：

將整流側(cè)的交流電源、換流變壓器和換流器簡化為幅值可變的直流電壓源；結(jié)合直流主設(shè)備系統(tǒng)的其他元件，即逆變側(cè)換流變壓器、平波電抗器、直流濾波器以及直流輸電線路，根據(jù)逆變器中換流閥的不同導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，使用各元件的電阻、電感及電容參數(shù)，按照電路原理形成不同電路結(jié)構(gòu)下直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)方程：

其中x為直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)變量，輸入u為逆變側(cè)的三相電壓瞬時值；為整流側(cè)的輸入矩陣；A_i、B_i分別為第i個工況下的狀態(tài)矩陣以及逆變側(cè)輸入矩陣；u_R為整流側(cè)的等值直流電壓；

2)對于直流控制系統(tǒng)，按照其控制邏輯，列出其微分方程：

式中y表示直流控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量；x為直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)變量；直流控制系統(tǒng)的輸出為整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α與逆變側(cè)的觸發(fā)超前角β；

3)式(1)中整流側(cè)的等值直流電壓u_R將隨著直流控制系統(tǒng)計算過程中，整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α而變化；利用準穩(wěn)態(tài)公式，u_R表示為：

其中n_T為整流側(cè)換流器的橋數(shù)，U_R為整流器交流側(cè)的線電壓有效值，X_c與k_T分別為整流側(cè)換流變壓器的等值電抗與變比，I_d為直流線路電流；

4)在交流系統(tǒng)的一個仿真步長T_AC內(nèi)，對直流系統(tǒng)按照如下步驟進行暫態(tài)響應(yīng)計算：

4.1)按照式(2)形成描述直流控制邏輯的直流控制系統(tǒng)方程；

4.2)給定交流側(cè)的電壓以及直流控制系統(tǒng)和直流主設(shè)備系統(tǒng)的初值，設(shè)定仿真的起始時刻t＝t₀，設(shè)置i＝0；

4.3)根據(jù)該時刻的直流主設(shè)備系統(tǒng)運行工況，按照式(1)得到該時刻直流主設(shè)備系統(tǒng)的方程；

4.4)聯(lián)立直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)的方程，以第i個工況起始時刻t_i時的狀態(tài)量x(t_i)和y(t_i)作為初值進行直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)的暫態(tài)過程計算，根據(jù)換流器的換相電流以及觸發(fā)角的信息，確定該工況的結(jié)束時刻t_i+1；

4.5)利用4.4)的結(jié)果得到整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α，代入式(3)得到下一工況下的整流側(cè)的等值直流電壓u_R；

4.6)設(shè)置i＝i+1,繼續(xù)進行直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)下一個運行工況下的暫態(tài)過程計算，直至該時段即時長為T_AC的仿真結(jié)束。

該方法適用于含采用晶閘管換流器的直流饋入式電力系統(tǒng)的機電-電磁暫態(tài)混合仿真。

該方法利用準穩(wěn)態(tài)公式將整流側(cè)的交流電源、換流變壓器與換流器等電氣量和狀態(tài)量等效為與觸發(fā)延遲角相關(guān)的等值直流電壓形式，能夠減少近一半的計算量。

該方法保留了逆變側(cè)的換流器模型，不妨礙逆變側(cè)換相失敗的判斷。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比較，具備如下優(yōu)點：

在直流饋入式電力系統(tǒng)的機電-電磁暫態(tài)過程仿真中，簡化了對直流系統(tǒng)整流側(cè)的處理，將整流側(cè)的交流電源，換流變壓器和換流器等值成為幅值可變的直流電壓源，電壓幅值由直流控制系統(tǒng)的觸發(fā)延遲角α結(jié)合準穩(wěn)態(tài)公式得到；使用該方法，在暫態(tài)過程計算中可以簡化對整流側(cè)換相過程的模擬，從而降低了直流系統(tǒng)暫態(tài)過程計算的復(fù)雜度；由于保留了逆變側(cè)的詳細模型，因此不妨礙對逆變側(cè)換相失敗的判斷。

附圖說明

圖1直流控制系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖示例。

圖2為12脈波直流主設(shè)備系統(tǒng)一個運行工況的簡化等值電路圖。

圖3為直流控制系統(tǒng)暫態(tài)過程計算的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步補充說明：

本發(fā)明一種用于直流饋入電網(wǎng)直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)的簡化求解方法，將高壓直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)交流電源、換流變壓器和換流器簡化為幅值可變的直流電壓源，利用觸發(fā)角與整流側(cè)交流電壓求出等值電壓，降低直流系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)求解的復(fù)雜度；具體如下：

1)直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)方程按照如下方法形成：

將整流側(cè)的交流電源、換流變壓器和換流器簡化為幅值可變的直流電壓源；結(jié)合直流主設(shè)備系統(tǒng)的其他元件，即逆變側(cè)換流變壓器、平波電抗器、直流濾波器以及直流輸電線路，根據(jù)逆變器中換流閥的不同導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，使用各元件的電阻、電感及電容參數(shù)，按照電路原理形成不同電路結(jié)構(gòu)下直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)方程：

其中x為直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)變量，輸入u為逆變側(cè)的三相電壓瞬時值；為整流側(cè)的輸入矩陣；A_i、B_i分別為第i個工況下的狀態(tài)矩陣以及逆變側(cè)輸入矩陣；u_R為整流側(cè)的等值直流電壓；

2)對于直流控制系統(tǒng)，按照其控制邏輯，列出其微分方程：

式中y表示直流控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量；x為直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)變量；直流控制系統(tǒng)的輸出為整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α與逆變側(cè)的觸發(fā)超前角β；

3)式(1)中整流側(cè)的等值直流電壓u_R將隨著直流控制系統(tǒng)計算過程中，整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α而變化；利用準穩(wěn)態(tài)公式，u_R表示為：

其中n_T為整流側(cè)換流器的橋數(shù)，U_R為整流器交流側(cè)的線電壓有效值，X_c與k_T分別為整流側(cè)換流變壓器的等值電抗與變比，I_d為直流線路電流；

4)如圖3所示，在交流系統(tǒng)的一個仿真步長T_AC內(nèi)，對直流系統(tǒng)按照如下步驟進行暫態(tài)響應(yīng)計算：

4.1)按照式(2)形成描述直流控制邏輯的直流控制系統(tǒng)方程；

4.2)給定交流側(cè)的電壓以及直流控制系統(tǒng)和直流主設(shè)備系統(tǒng)的初值，設(shè)定仿真的起始時刻t＝t₀，設(shè)置i＝0；

4.3)根據(jù)該時刻的直流主設(shè)備系統(tǒng)運行工況，按照式(1)得到該時刻直流主設(shè)備系統(tǒng)的方程；

4.4)聯(lián)立直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)的方程，以第i個工況起始時刻t_i時的狀態(tài)量x(t_i)和y(t_i)作為初值進行直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)的暫態(tài)過程計算，根據(jù)換流器的換相電流以及觸發(fā)角的信息，確定該工況的結(jié)束時刻t_i+1；

4.5)利用4.4)的結(jié)果得到整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α，代入式(3)得到下一工況下的整流側(cè)的等值直流電壓u_R；

4.6)設(shè)置i＝i+1,繼續(xù)進行直流主設(shè)備系統(tǒng)和直流控制系統(tǒng)下一個運行工況下的暫態(tài)過程計算，直至該時段即時長為T_AC的仿真結(jié)束。

下面對本發(fā)明做進一步的補充說明：

對于類似圖1的直流控制系統(tǒng)的形式，形成其狀態(tài)方程：

其中，y為直流控制系統(tǒng)的狀態(tài)量，x為直流主設(shè)備系統(tǒng)的狀態(tài)量。

如附圖2所示，給出了一個單極12脈波的高壓直流輸電主設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。其中，直流線路整流側(cè)和逆變側(cè)分別配置了濾波器，直流線路使用T型電路進行等值。

對直流主設(shè)備系統(tǒng)的第i個運行工況，類似圖2的結(jié)構(gòu)，形成直流主設(shè)備系統(tǒng)在第i個運行工況下的狀態(tài)方程：

其中u表示逆變側(cè)換流變壓器交流母線電壓，u_R為等值的整流側(cè)直流電壓A_i，B_i和分別為狀態(tài)矩陣和輸入矩陣，x為狀態(tài)變量。

聯(lián)立(1)和(2)即可得到該工況下整個直流系統(tǒng)的方程。根據(jù)暫態(tài)響應(yīng)計算的結(jié)果，按照換流器的換相電流以及觸發(fā)時刻，得到該運行工況的結(jié)束時間，然后利用整流側(cè)的觸發(fā)延遲角α，根據(jù)準穩(wěn)態(tài)公式得到整流側(cè)直流等值電壓u_R。

根據(jù)換流器的導(dǎo)通和關(guān)斷規(guī)則，繼續(xù)形成第i+1個工況的狀態(tài)方程，并按照上述過程進行迭代，直至仿真結(jié)束。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定權(quán)利保護范圍。