柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路的制作方法
【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電路，通過該等效電路實(shí)現(xiàn)在小干擾分析中將一個(gè)復(fù)雜的多端柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)簡化為一個(gè)待分析的換流站與一個(gè)代表系統(tǒng)其他部分的等效阻抗相連的模型。本發(fā)明的等效電路計(jì)及了本地控制的各項(xiàng)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(shí)忽略了對(duì)其他端穩(wěn)定性分析影響較小的換流閥時(shí)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(jì)算時(shí)間，實(shí)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電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)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，具體設(shè)及 柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路。
【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(duì)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，運(yùn)些電力電子設(shè)備對(duì)電壓波 動(dòng)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(shí)，特征方程矩陣的規(guī)模也會(huì)隨之增大，且當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化時(shí)需要重新計(jì)算全網(wǎng) 的系統(tǒng)特征方程，計(jì)算量過大，對(duì)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，運(yùn)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電路，為此本發(fā) 明建立了一個(gè)柔性直流換流站的小干擾阻抗等效電路。

【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電路，W便于柔性直 流電網(wǎng)小干擾電壓穩(wěn)定性分析，本發(fā)明的等效電路計(jì)及了本地控制的各項(xiàng)控制參數(shù)、協(xié)調(diào) 控制的多種方式及其參數(shù)，W及一次系統(tǒng)的運(yùn)行工況，因此有較高的精度；同時(shí)忽略了對(duì)其 他端穩(wěn)定性分析影響較小的換流閥時(shí)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(jì)算時(shí)間。
[0005] 為實(shí)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(jì)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(duì)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Kp2，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i資采用 W下數(shù)學(xué)特性：
其中參數(shù)kudcW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(shí)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，Psref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W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,換流器直流電壓化〇)，換流器直流側(cè)電流Idco,將Us在d/q同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，即 令Us = UsdO+j ? UsqO，換流器輸出功率Pdco = Udco X Idco ;計(jì)算電流內(nèi)環(huán)時(shí)間常數(shù)得到《 i = Kp/ Lac;在不計(jì)入換流器直流側(cè)并聯(lián)電感的情況下，柔性直流電網(wǎng)中換流站的等效阻抗的電路 的結(jié)構(gòu)為一個(gè)電阻值為Ri的電阻和一個(gè)電感值為^的電感串聯(lián)，再與一個(gè)電阻值為R2的電 阻并聯(lián)，其中Ri、Li和化計(jì)算公式如下式：
[000引
[0009]
[0010]
[0011] 與現(xiàn)有方法相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明建立了一種柔性直流換流站小干擾 阻抗的等效電路。該電路計(jì)及了控制參數(shù)和控制方式，因此針對(duì)采用各種協(xié)調(diào)控制的換流 站，本發(fā)明的電路都能進(jìn)行精確等效；由于本發(fā)明的電路考慮了運(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)明的等效電路都能進(jìn)行精確等效；此外忽 略了換流閥時(shí)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(jì)算時(shí)間；同時(shí)若kp或kudc(n)為0,即換流站采用定直流電壓或輸出功率控制 時(shí)，本發(fā)明的等效電路可W直觀地對(duì)換流站的小干擾阻抗進(jìn)行簡化，有助于將柔性直流系 統(tǒng)簡化為一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)W方便小干擾穩(wěn)定分析:因此本發(fā)明的等效電路實(shí)現(xiàn)了小干擾分析 中快速性和精確性的平衡。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)例所述的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路計(jì)算智能測控裝 置接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，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(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明。
[0014] 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。
[0015] 圖1表示了一個(gè)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 裝置1中進(jìn)行計(jì)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(shí)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。
[0016] 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113、化〇)、1〇〇)，通過通信模塊獲?。?巧空制裝置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Kp，積分參數(shù)記為Ki，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Kp2,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。 [0017]然后智能測控裝置1將Us在dA同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，即令Us = UsdO+j ? UsqO,將 Udco和Idco相乘，得到換流器輸出功率為時(shí)CO =化coX Idco;同時(shí)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Rac,并計(jì)算電流內(nèi)環(huán)時(shí)間常數(shù)得到《i=Kp/Lac。之后根據(jù)Rl、Ll和R2計(jì)算公式， 即可得到柔性直流電網(wǎng)中該換流站等效阻抗的電路。
[0018] 具體的，若該換流站采用下垂控制形式，即kp和kudc(n)均不為0,則其等效阻抗的電 路(未計(jì)入換流器直流側(cè)并聯(lián)電感)的結(jié)構(gòu)為一個(gè)電阻值為化的電阻和一個(gè)電感值為b的電 感串聯(lián)，再與一個(gè)電阻值為R2的電阻并聯(lián)，其中化、Li和R2計(jì)算公式如下式：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 若該換流站采用的輸出功率控制形式，即kudc(n)均為0,則其等效阻抗的電路(未計(jì) 入換流器直流側(cè)并聯(lián)電感）的結(jié)構(gòu)中Ri、Li趨向于-，其等效阻抗即為一個(gè)電阻值為R2的電 阻，R2計(jì)算公式如下式：
[0023]
[0024] 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 干擾阻抗的等效電路參數(shù)Ri、Li和R2的計(jì)算結(jié)果。通過接收柔性直流電網(wǎng)中各端換流站小干 擾阻抗的等效電路，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(gè)復(fù)雜的多端柔 性直流電網(wǎng)系統(tǒng)簡化為一個(gè)待分析的換流站(采用詳細(xì)小干擾分析模型）與一個(gè)代表系統(tǒng) 其他部分，由小干擾阻抗組成的無源網(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(shí)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(shí)，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(hào)，W便保持 柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性。
[0025] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)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(duì)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(xiàng)】
1. 一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，其特征在于:針對(duì)本地控制采用雙環(huán) 控制，電流內(nèi)環(huán)比例參數(shù)為Κρ，積分參數(shù)為Κι，功率外環(huán)比例參數(shù)為Κρ2,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端采用W下數(shù)學(xué)特性：其中參數(shù)kudcW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(shí)為0，n為直流電壓的指數(shù)，化C為換流器直流電壓，化Cref為 換流器直流電壓參考值，Ps為交流電源輸出功率，Psref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W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Udc日，換流器直流側(cè)電流Idco，將Us在d/q同步坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，即令Us = Usd〇+j · UsqO,換流器輸出功率Pdco = Udc〇X Idco;計(jì)算電流內(nèi)環(huán)時(shí)間常數(shù)得到ω i = Kp/Lac; 在不計(jì)入換流器直流側(cè)并聯(lián)電感的情況下，柔性直流電網(wǎng)中換流站的等效阻抗Zt。可W利用 如下等效電路表示，其結(jié)構(gòu)為一個(gè)電阻值為R2的電阻和一個(gè)電感值為^的電感串聯(lián)，再與一 個(gè)電阻值為R2的電阻并聯(lián)，其中化、Ll和R2的計(jì)算公式如下式：
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK106099967SQ201610318967
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】徐習(xí)東, 金陽忻, 王鑫杰, 黃曉明, 陸翌, 裘鵬
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué), 國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院