用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法技术方案

本发明专利技术涉及高压直流输电系统的仿真建模方法，具体涉及到采用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC，尤其涉及一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法。通过建立高压直流输电系统精细化的电磁暂态仿真模型，包括高压直流输电系统换流站一次系统建模和高压直流输电控制保护系统仿真建模，并采用时域仿真法研究次同步振荡问题，能够得到系统中各个机械量和电磁量随时间变化的规律，对于开展与高压直流输电相关的次同步振荡研究具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压直流输电系统的仿真建模方法，具体涉及到采用电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC，尤其涉及一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法。
技术介绍
由于高压直流输电技术在大功率远距离输电、区域电网互联等方面的优势，在我国电力系统中得到广泛应用。然而高压直流输电系统有可能引起汽轮发电机组的次同步振荡风险。与高压直流输电相关的次同步振荡是理论研究和工程实践面临的重要问题。时域仿真分析是开展次同步振荡研究的重要手段。次同步振荡是电磁暂态过程，需要采用电磁暂态仿真工具。高压直流输电系统为大功率电力电子装置，换流阀组开关过程和控制系统较为复杂，并且对次同步振荡特性具有显著的影响。因此，建立高压直流输电系统精细化的电磁暂态仿真模型对于开展与直流输电相关的次同步振荡研究具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法。一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法，所述方法包括如下建模步骤：S1，高压直流输电系统换流站一次系统建模，以母线电压正序分量Ua,b,c(1)作为锁相环输入，得到正序母线电压相位角θ，作为换流阀触发角基准值；S2，高压直流输电控制保护系统仿真建模，所述高压直流输电控制保护系统仿真建模具体包括整流侧控制保护系统建模、逆变侧控制保护系统建模、换 相失败预防功能建模、低压限流功能建模和低压限流功能协调控制建模。所述整流侧控制保护系统建模具体为：将整流侧直流电流测量值Id_rec与指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec经过比例积分环节得到整流侧触发超前角βrec，并换算为触发角指令值αrec。所述逆变侧控制保护系统建模具体包括如下建模步骤：S301，将直流电流测量值Id_inv与指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv经过比例积分环节得到逆变侧触发超前角βinv_i；S302，将熄弧角指令值γord与测量值γ的偏差γerr经过比例积分环节，得到逆变侧触发超前角βinv_γ；S303，选取所述逆变侧触发超前角βinv_i与所述逆变侧触发超前角βinv_γ二者中较大者作为逆变侧触发超前角指令值βinv，并换算为逆变侧触发角指令值αinv。所述换相失败预防功能建模中检测交流故障的方法具体为：当母线电压Uabc在两相静止坐标上投影的模值|Uαβ|小于阈值Uαβ_thr时，切换开关输出角度Δαinv。所述阈值Uαβ_thr取值0.85。所述换相失败预防功能建模中检测交流故障的方法具体为：当母线零序电压U0大于预设阈值U0_thr时，比较器触发切换开关，输出角度Δαinv。所述预设阈值U0_thr取值为0.2。所述低压限流功能协调控制建模过程包括：为所述低压限流功能建模的投入和退出设置不同的时间常数。所述时间常数具体为：在整流侧，所述低压限流功能建模投入的时间常数设置为15ms，退出的时间常数设定为40ms；在逆变侧，所述低压限流功能建模投入时间常数设置为10ms，退出的时间常数设定为70ms。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过建立高压直流输电系统精细化的电磁暂态仿真模型，采用时域仿真法研究次同步振荡问题，能够得到系统中各个机械量和电磁量随时间变化的规律，对于开展与高压直流输电相关的次同步振荡研究具有重要意义。附图说明图1是高压直流输电系统原理图。图2是换流单元原理图。图3是采用母线电压正序分量作为锁相环输入信号的原理图。图4是控制保护系统原理图。图5是换相失败预防原理图。图6是低压限流特性曲线图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法，具体包括如下步骤：一、高压直流输电系统换流站一次系统建模如图1所示为高压直流输电系统原理图。如图2所示为换流单元原理图。换流单元是实现交、直流系统变换的基本单元。换流单元以交流母线电压Ua,b,c为参考，通过锁相环追踪母线电压的相位角，形成换流阀V1～V6的触发角基准值。系统稳态运行时，交流母线电压Ua,b,c为三相工频分量。当系统发生扰动激发次同步振荡时，交流母线电压除了工频分量外，还有可能包含负序、零序等分量。在换流单元的仿真建模中，以母线电压的正序分量Ua,b,c(1)作为锁相环输入。由对称分量法可知母线电压正序分量Ua,b,c(1)的计算方法。如图3所示，将母线电压正序分量Ua,b,c(1)作为锁相环输入，得到正序母线电压相位角θ，作为换流阀触发角基准值。二、高压直流输电控制保护系统仿真建模(1)整流侧控制保护系统建模图4为控制保护系统功能框图。其中，整流侧采用定电流控制方式。整流侧直流电流测量值Id_rec与指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec经过比例/积分环节(PI环节)得到整流侧触发超前角βrec，并换算为触发角指令值αrec。其作用为保持直流电流在指令值附近。(2)逆变侧控制保护系统建模逆变侧控制包括定熄弧角和定电流两种方式。逆变侧定电流控制方式为将直流电流测量值Id_inv与指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv经过比例/积分环节(PI环节)得到逆变侧触发超前角βinv_i。逆变侧定熄弧角(定γ角)控制为将熄弧角指令值γord与测量值γ的偏差γerr经过比例/积分环节(PI环节)，得到逆变侧触发超前角βinv_γ。选取βinv_i与βinv_γ二者中较大者作为逆变侧触发超前角指令值βinv，并换算为逆变侧触发角指令值αinv。(3)换相失败预防功能建模换相失败预防(CFPRE)功能的作用是检测到交流系统故障后，使逆变侧换流阀提前触发。通过增加换相裕度来减小换相失败的几率。图5为CFPRE功能框图。CFPRE建模中采用两种方法检测交流系统故障，基于零序电压的单相故障检测和基于abc/αβ变换的三相故障检测。当母线零序电压U0大于预设阈值U0_thr时，即认为发生单相故障。此时比较器触发切换开关，输出角度Δαinv。建模中阈值U0_thr取值为0.2。uαβ为母线电压Uabc在两相静止坐标上的投影，其摸值为|Uαβ|。当|Uαβ|小于阈值Uαβ_thr时，即认为发生三相故障，切换开关输出角度Δαinv。建模中阈值Uαβ_thr取值0.85。因此，无论检测到交流系统三相故障或单项故障，CFPRE都会输出一个角度，作为逆变侧触发角上限的减小量。(4)低压限流功能建模低压限流(VDCOL)的作用是在直流电压跌落到某个定值时对直流电流指令 进行限制。图6所示为VDCOL特性曲线，其中Ud为直流电压测量值，Idlin为直流电流指令值上限。直流电压动作值Udmin的典型值为0.45～0.3标幺值，在建模中取值0.3；直流电流定值Idmin的典型值为0.3～0.4标幺值，在建模中取值0.3；启动值上限Udthresh为0.9，指令电流上限Idmax为1。(5)低压限流功能协调控制建模在仿真建模中，整流侧和逆变侧均配置低压限流功能。为了使故障发生和清除过程中的指令电流平滑变化，VDCOL的投入和退出需要设置不同的时间常数。对整流侧和逆变侧的VDCOL进行协调控制建模。在整流侧，VDCOL投入(对应电压跌落)的时间常数设置为15ms，退出(对应电压恢复)的时间常数设定为40ms；在逆变侧，VD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括如下建模步骤：S1，高压直流输电系统换流站一次系统建模，以母线电压正序分量Ua,b,c(1)作为锁相环输入，得到正序母线电压相位角θ，作为换流阀触发角基准值；S2，高压直流输电控制保护系统仿真建模，所述高压直流输电控制保护系统仿真建模具体包括整流侧控制保护系统建模、逆变侧控制保护系统建模、换相失败预防功能建模、低压限流功能建模和低压限流功能协调控制建模。

【技术特征摘要】
1.一种用于次同步振荡分析的高压直流输电系统仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括如下建模步骤：S1，高压直流输电系统换流站一次系统建模，以母线电压正序分量Ua,b,c(1)作为锁相环输入，得到正序母线电压相位角θ，作为换流阀触发角基准值；S2，高压直流输电控制保护系统仿真建模，所述高压直流输电控制保护系统仿真建模具体包括整流侧控制保护系统建模、逆变侧控制保护系统建模、换相失败预防功能建模、低压限流功能建模和低压限流功能协调控制建模。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述整流侧控制保护系统建模具体为：将整流侧直流电流测量值Id_rec与指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec经过比例积分环节得到整流侧触发超前角βrec，并换算为触发角指令值αrec。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述逆变侧控制保护系统建模具体包括如下建模步骤：S301，将直流电流测量值Id_inv与指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv经过比例积分环节得到逆变侧触发超前角βinv_i；S302，将熄弧角指令值γord与测量值γ的偏差γerr经过比例积分环节，得到逆变侧触发超前角βinv_γ；S303，选取所述逆变侧触发超前角...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕天姝，张鹏，肖仕武，吴涛，黄天啸，余笑东，李景一，曹天植，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11