一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分散接入式LCC‑MMC混合直流系统的机电暂态建模方法，该方法根据分散接入式LCC‑MMC混合直流系统组成部分，建立了LCC整流站机电暂态模型、直流线路机电暂态模型、MMC换流器机电暂态模型以及MMC换流器之间的接口模型。由此，本发明专利技术建模方法填补了分散接入式LCC‑MMC混合直流系统机电暂态模型的空白，避免了采用电磁暂态模型进行电网规划和安全稳定计算，从而提高了仿真速度和计算效率，可以有效的逼近电磁暂态模型响应特性，满足计算精度要求。

A Electromechanical Transient Modeling Method for Decentralized Access LCC-MMC Hybrid DC System

The invention discloses an electromechanical transient modeling method for a decentralized access LCC MMC hybrid DC system. According to the components of the decentralized access LCC MMC hybrid DC system, the electromechanical transient model of LCC rectifier station, the electromechanical transient model of DC line, the electromechanical transient model of MMC converter and the interface model between MMC converters are established. Thus, the modeling method fills in the blank of the electromechanical transient model of the decentralized access LCC MMC hybrid DC system, avoids the use of electromagnetic transient model for power network planning and security and stability calculation, thus improving the simulation speed and calculation efficiency, can effectively approximate the response characteristics of the electromagnetic transient model, and meets the requirements of calculation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法。
技术介绍
随着中东部负荷增长，远距离直流输电系统容量也日益增大，逆变站单落点集中馈入受端电网可能会引起受端电网无法消纳的问题，而逆变站多落点分散接入受端电网可以有效的解决这一问题。并且，多馈入受端电网中多回直流LCC(LineCommutatedConverter，电网换相换流器)逆变站同时换相失败会严重威胁到受端电网的安全稳定运行，而MMC(ModularMultilevelConverter，模块化多电平换流器)造价较高，所以LCC-MMC混合直流逐渐受到学术界和工业界关注。关于混合直流的机电暂态建模，之前已有相关研究，但是现有的混合直流机电暂态模型通常只考虑了一个逆变站集中接入一条交流母线的场景，并不能满足同一逆变站中不同换流阀多落点分散接入受端电网的需求。因此建立特高压分散接入式混合直流系统机电暂态模型是对现有仿真计算技术的完善。如图1所示，分散接入式LCC-MMC混合直流系统由LCC整流站、直流线路和MMC逆变站组成。其中，LCC整流站由两个大容量的LCC换流器串联组成，每个LCC换流器通常采用由两个六脉动桥组成的十二脉动换流器，两个LCC换流器集中接入交流系统的同一母线；MMC逆变站则由高压和低压两个MMC组(即图中的MMCB)串联组成，每个MMCB又由若干个MMC并联组成，两个串联的MMCB包含的MMC个数相同，每个MMC都可以接入不同的交流母线当中，从而具备分散接入的可能性。有关混合直流模型的研究，大多集中在电磁暂态领域，而机电暂态模型的研究相对较少。与电磁暂态模型不同，机电暂态模型由代数微分方程组成，具有仿真速度快的特点，适用于大规模交直流系统的规划与安全稳定分析，但是仿真精度不如电磁暂态模型。因此，有必要建立混合直流的机电暂态模型，使其既能满足大规模交直流系统仿真速度要求，又能满足电网规划和安全稳定分析的精度要求。Xiao.L等人在标题为ElectromechanicalTransientModelingofLineCommutatedConverter-ModularMultilevelConverter-BasedHybridMulti-TerminalHighVoltageDirectCurrentTransmissionSystems(Energies2018,11,2102)的文献中提出了一种混合直流网络的建模方法，但是每个换流站只能集中接入到一个交流母线中，该方法没有考虑同一换流站中不同换流阀分散接入交流系统的可能性。S.Liu等人在标题为ElectromechanicalTransientModelingofModularMultilevelConverterBasedMulti-TerminalHVDCSystems(IEEETransactionsonPowerSystems,vol.29,no.1,pp.72-83,Jan.2014)的文献中建立了柔性直流电网的机电暂态模型，但是该模型只适用于换流站均为MMC的直流系统。P.Wei等人在标题为Electromechanical-electromagnetichybridmodellingof±800kVJinsuUHVDCbasedonreal-timedigitalsimulationdevice(12thIETInternationalConferenceonACandDCPowerTransmission(ACDC2016),Beijing,2016,pp.1-4)的文献中针对中国的锦苏直流工程建立了机电和电磁混合模型，但是该模型对计算能力要求依旧较高，需要在实时仿真平台中实现。尽管前人对混合直流模型已经做了大量研究，但是有关于特高压分散接入式混合直流的机电暂态建模依旧是空白。直流输电容量的逐渐增大给受端电网的消纳能力带来了挑战，特高压直流系统分散接入受端电网是保证直流功率完全消纳的有效方式；混合直流系统结合了整流侧LCC整流站经济性好、逆变侧MMC不存在换相失败问题的优点，近年来受到广泛关注。但是，有关于特高压分散接入式混合直流系统的机电暂态建模还尚未完善。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法，可以满足电网规划与安全稳定分析计算的要求。一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法，包括如下步骤：(1)分别建立LCC整流站的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(2)分别建立MMC的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(3)建立直流线路的机电暂态模型；(4)建立分散接入的MMC之间的接口模型。进一步地，所述步骤(1)中通过以下方程建立LCC整流站的交流侧机电暂态模型；其中：Ps为LCC整流站吸收的有功功率，Qs为LCC整流站吸收的无功功率，Udc为LCC整流站的直流电压，Idc为LCC整流站的直流输出电流，Us为LCC整流站交流侧母线的线电压有效值，K为LCC整流站所采用换流变压器的变比，Xtr为LCC整流站所采用换流变压器的漏抗，Nb为LCC整流站所包含六脉动桥的个数，α为LCC整流站的触发角，μ为LCC整流站的换相角。进一步地，所述步骤(1)中通过以下方程建立LCC整流站的直流侧机电暂态模型；其中：Udc为LCC整流站的直流电压，Idc为LCC整流站的直流输出电流，Us为LCC整流站交流侧母线的线电压有效值，K为LCC整流站所采用换流变压器的变比，Xtr为LCC整流站所采用换流变压器的漏抗，Nb为LCC整流站所包含六脉动桥的个数，α为LCC整流站的触发角，Ldc为LCC整流站直流侧平波电抗器的电感值。进一步地，所述步骤(2)中通过以下方程建立MMC的交流侧机电暂态模型；其中：isd和isq分别为dq坐标系下MMC向其对应交流母线注入电流的d轴分量和q轴分量，Lac为MMC对应交流侧等效电路中的等效电感值，Rac为MMC对应交流侧等效电路中的等效电阻值，Usd和Usq分别为dq坐标系下MMC对应交流母线电压的d轴分量和q轴分量，Uvd和Uvq分别为dq坐标系下MMC对应交流侧等效电路中交流源输出电压的d轴分量和q轴分量，ω为MMC对应交流母线电压的频率，θ为MMC对应交流母线电压的相位，isx和isy分别为xy坐标系下MMC向其对应交流母线注入电流的x轴分量和y轴分量。进一步地，所述步骤(2)中通过以下方程建立MMC的直流侧机电暂态模型；其中：Rarm为MMC的桥臂电阻，Larm为MMC的桥臂电感，Immc为MMC的直流电流，Ummc为MMC的直流电压，Csm为MMC桥臂子模块中的电容值，N为MMC的桥臂子模块数量，Ceq为MMC对应直流侧等效电路中的集总电容值，UCeq为MMC对应直流侧等效电路中集总电容的电压，Idcs为MMC对应直流侧等效电路中电流源的电流值。进一步地，所述步骤(3)中通过以下方程建立直流线路的机电暂态模型；其中：Cbr、Rbr和Lbr分别为直流线路对应等效电路中的等效电容值、等效电阻值和等效电感值，Udcr为直流线路对应等效电路中送端节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分散接入式LCC‑MMC混合直流系统的机电暂态建模方法，包括如下步骤：(1)分别建立LCC整流站的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(2)分别建立MMC的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(3)建立直流线路的机电暂态模型；(4)建立分散接入的MMC之间的接口模型。

【技术特征摘要】
1.一种分散接入式LCC-MMC混合直流系统的机电暂态建模方法，包括如下步骤：(1)分别建立LCC整流站的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(2)分别建立MMC的交流侧机电暂态模型和直流侧机电暂态模型；(3)建立直流线路的机电暂态模型；(4)建立分散接入的MMC之间的接口模型。2.根据权利要求1所述的机电暂态建模方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过以下方程建立LCC整流站的交流侧机电暂态模型；Ps＝UdcIdc其中：Ps为LCC整流站吸收的有功功率，Qs为LCC整流站吸收的无功功率，Udc为LCC整流站的直流电压，Idc为LCC整流站的直流输出电流，Us为LCC整流站交流侧母线的线电压有效值，K为LCC整流站所采用换流变压器的变比，Xtr为LCC整流站所采用换流变压器的漏抗，Nb为LCC整流站所包含六脉动桥的个数，α为LCC整流站的触发角，μ为LCC整流站的换相角。3.根据权利要求1所述的机电暂态建模方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过以下方程建立LCC整流站的直流侧机电暂态模型；其中：Udc为LCC整流站的直流电压，Idc为LCC整流站的直流输出电流，Us为LCC整流站交流侧母线的线电压有效值，K为LCC整流站所采用换流变压器的变比，Xtr为LCC整流站所采用换流变压器的漏抗，Nb为LCC整流站所包含六脉动桥的个数，α为LCC整流站的触发角，Ldc为LCC整流站直流侧平波电抗器的电感值。4.根据权利要求1所述的机电暂态建模方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过以下方程建立MMC的交流侧机电暂态模型；其中：isd和isq分别为dq坐标系下MMC向其对应交流母线注入电流的d轴分量和q轴分量，Lac为MMC对应交流侧等效电路中的等效电感值，Rac为MMC对应交流侧等效电路中的等效电阻值，Usd和Usq分别为dq坐标系下MMC对应交流母线电压的d轴分量和q轴分量，Uvd和Uvq分别为dq坐标系下MMC对应交流侧等效电路中交流源输出电压的d轴分量和q轴分量，ω为MMC对应交流母线电压的频率，θ为MMC对应交流母线电压的相位，isx和isy分别为xy坐标系下MMC向其对应交流母线注入电流的x轴分量和y轴分量。5.根据权利要求1所述的机电暂态建模方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过以下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁万春，蔡晖，徐政，王国腾，谢珍建，黄俊辉，韩杏宁，李辰，王荃荃，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32