一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法技术

本发明专利技术的实施例提供一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，涉及直流输电技术领域，能够为电磁环网解环运行与系统安全稳定提供辅助决策。具体方案包括：利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型；利用电磁暂态程序搭建柔性直流输电系统模型；将柔性直流输电系统接入电磁环网交流系统，替代电磁环网送端低压侧交流输电通道；在解环运行时调整柔性直流输电系统的功率，以暂态和稳态频率约束均满足时的解环控制方案作为可行的控制方案。本发明专利技术用于在解环运行时确定可行的控制方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及直流输电
，尤其涉及一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法。
技术介绍
电磁环网作为由高、低压等级线路经变压器构成的并联环路，在电网发展早期，具有提升电网供电安全和输电能力的作用。然而随着高电压等级电网的不断完善，电磁环网运行条件下短路电流较大、功率大范围转移导致低压线路过载和安稳装置复杂化等问题越来越突出，因此解环运行势在必行。电磁环网的精确建模是研究电磁环网问题的前提。现有的建模与解环方法主要基于机电暂态程序和电磁暂态程序，而对于交直流混联系统，由于机电暂态程序一般仅考虑正序分量，难以实现对直流系统的准确建模，因此，需要利用电磁暂态程序建立含电磁环网的交直流模型。大量研究表明，采用直接解环的方式运行时易出现负荷孤网，电网供电可靠性相对较低。因此，如何在解环运行时避免解环运行所带来的不利影响，成为研究电磁环网问题的新思路。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，一方面能够提升电磁环网和柔性直流建模精度，另一方面为解决电磁环网问题提供了新思路。为了达成上述目的，本申请的实施例提供一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，包括：利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型；利用电磁暂态程序搭建柔性直流输电系统模型；将柔性直流输电系统接入电磁环网交流系统，替代电磁环网送端低压侧交流输电通道；在仿真解环运行时调整柔性直流输电系统的功率，以暂态和稳态频率约束均满足时的解环控制方案作为可行的控制方案。本专利技术的实施例所提供的建模与解环方法，利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型和柔性直流输电系统模型，将柔性直流输电系统接入电磁环网交流系统，替代电磁环网送端低压侧交流输电通道，以降低电磁环网和柔性直流精确建模难度，从而利于提升电磁环网和柔性直流建模精度。通过在解环运行时调整柔性直流输电系统的功率，根据暂态和稳态频率约束确定解环运行时可行的控制方案，避免出现环网运行低压线路过载。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的实施例所提供的建模与解环方法流程示意图；图2为本专利技术的实施例中同步发电机模型的说明示意图；图3为本专利技术的实施例中发电机励磁模型的说明示意图；图4(a)为本专利技术的实施例中调节系统的说明示意图；图4(b)为本专利技术的实施例中执行机构模型的说明示意图；图4(c)为本专利技术的实施例中原动机模型的说明示意图；图5为本专利技术的实施例中PSS模型的说明示意图；图6(a)为本专利技术的实施例中MMC三相换流器模型的说明示意图；图6(b)为本专利技术的实施例中MMC单桥臂换流模块模型的说明示意图；图7为本专利技术的实施例中MMC子模块元件的说明示意图；图8为本专利技术的实施例中换流变压器模型的说明示意图；图9为本专利技术的实施例中直流电压环控制模型的说明示意图；图10为本专利技术的实施例中功功率环控制模型的说明示意图；图11为本专利技术的实施例中下垂控制均分无功功率的动态过程说明示意图；图12为本专利技术的实施例中无功功率闭环控制模型的说明示意图；图13为本专利技术的实施例所提供的案例中电磁环网的结构示意图；图14为本专利技术的实施例所提供的案例中双回线跳开时柔性直流功率变化的说明示意图；图15为本专利技术的实施例所提供的案例中双回线跳开时送端系统频率响应的说明示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本专利技术的实施例提供一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，结合图1所示，包括以下步骤：101、利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型。电磁暂态程序具体可以是PSCAD/EMTDC，PSCAD(英文全称：PowerSystemsComputerAidedDesign)是广泛使用的电磁暂态仿真软件，EMTDC是其仿真计算核心。本实施例中以利用PSCAD/EMTDC进行模型搭建的情况为例进行说明。搭建电磁环网交流系统模型包括：包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型和负荷模型搭建，以下分别进行说明。<1>、发电机模型搭建发电机模型搭建时，发电机元件包括：同步发电机模型，励磁系统，调速系统和电力系统稳定控制器(英文全称：PowerSystemStabilizer，英文简称：PSS)。结合图2所示，搭建同步发电机模型时，采用PSCAD/EMTDC中的发电机图形化模块，包含定子abc三相电气量的输出，用于与外电路连接；输入信号包括：发电机机械转矩输入信号Tm和励磁控制输入信号Ef；输出信号包括：转速输出ω、电磁转矩输出Te、机械转矩输出Tm0以及励磁电流If和励磁电压Ef0。结合图3所示，搭建励磁系统模型时，发电机励磁模型采用FV型。搭建调速系统模型包括：搭建调节系统，调节系统框图如图4(a)所示。搭建执行机构模型，执行机构模型如图4(b)所示。搭建原动机模型，原动机模型如图4(c)所示。搭建PSS模型时，发电机的励磁系统采用SI型PSS模型，模型的传递函数如图5所示。<2>、变压器模型搭建变压器模型搭建时，采用PSCAD/EMTDC主元件库中提供的双绕组和三绕组经典变压器模型，变压器各相独立，各相之间的相互影响不计。<3>、输电线路模型搭建输电线路模型搭建时，输电线路采用PSCAD/EMTDC主元件库中提供的基于分布参数的贝杰隆架空线路模型，该模型可以直接连接于两个节点之间，也可以实现跨层、远程无交叉连接，但必须在送端和受端提供与线路同名的响应模块，同时在线路参数设置的终端类型标签中选择远程连接。<4>、负荷模型搭建负荷模型搭建时，电力负荷采用ZIP模型，由30％恒阻抗、40％恒电流和30％恒功率构成。102、利用电磁暂态程序搭建柔性直流输电系统模型。搭建柔性直流输电系统模型包括柔性直流一次系统建模和柔性直流控制系统建模，分别说明如下。<1>、柔性直流一次系统建模柔性直流一次系统建模包括：搭建电压源型换流器模型，采用模块化多电平换流器(英文全称：ModularMultilevelConverter，英文简称：MMC)，并搭建MMC子模块元件；搭建换流变压器模型，采用Yy联结变压器，其中阀侧绕组经大电阻接地。电压源型换流器是柔性直流输电系统的核心部件，是影响整个换流系统性能、运行方式、设备成本及运行损耗等的关键因素。电压源换流器具有多种拓扑结构，本实施例采用MMC的电压源换流器，图6(a)为MMC三相换流器模型，图6(b)为MMC单桥臂换流模块模型。进一步地，如图7所示，搭建MMC子模块元件，设置子模块个数以及储能电容值等参数等。换流变压器不仅承担着为VSC换流器传变电压的作用，而且还为柔直系统提供一个地电位，网侧换流变的绕组采用星形联结，对于换流变阀侧，如果采用三角形联结，虽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，其特征在于，包括：利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型；利用电磁暂态程序搭建柔性直流输电系统模型；将柔性直流输电系统接入电磁环网交流系统，替代电磁环网送端低压侧交流输电通道；在解环运行时调整柔性直流输电系统的功率，以暂态和稳态频率约束均满足时的解环控制方案作为可行的控制方案。

【技术特征摘要】
1.一种含电磁环网交直流电网的建模与解环方法，其特征在于，包括：利用电磁暂态程序搭建电磁环网交流系统模型；利用电磁暂态程序搭建柔性直流输电系统模型；将柔性直流输电系统接入电磁环网交流系统，替代电磁环网送端低压侧交流输电通道；在解环运行时调整柔性直流输电系统的功率，以暂态和稳态频率约束均满足时的解环控制方案作为可行的控制方案。2.根据权利要求1所述的建模与解环方法，其特征在于，所述搭建电磁环网交流系统模型包括：包括发电机模型、变压器模型、输电线路模型和负荷模型搭建；所述搭建柔性直流输电系统模型包括：柔性直流一次系统建模和柔性直流控制系统建模。3.根据权利要求2所述的建模与解环方法，其特征在于，发电机模型搭建时，发电机元件包括：同步发电机模型，励磁系统，调速系统和电力系统稳定控制器PSS。4.根据权利要求3所述的建模与解环方法，其特征在于，所述电磁暂态程序为PSCAD/EMTDC；搭建同步发电机模型时，采用PSCAD/EMTDC中的发电机图形化模块，包含定子abc三相电气量的输出，用于与外电路连接；输入信号包括：发电机机械转矩输入信号Tm和励磁控制输入信号Ef；输出信号包括：转速输出ω、电磁转矩输出Te、机械转矩输出Tm0以及励磁电流If和励磁电压Ef0；搭建励磁系统模型时，发电机励磁模型采用FV型；搭建调速系统模型包括：搭建调节系统、执行机构以及原动机模型；搭建PSS模型时，发电机的励磁系统采用SI型PSS模型。5.根据权利要求4所述的建模与解环方法，其特征在于，变压器模型搭建时，采用PSCAD/EMTDC主元件库中提供的双绕组和三绕组经典变压器模型，变压器各相独立，各相之间的相互影响不计；输电线路模型搭建时，输电线路采用PSCAD/EMTDC主元件库中提供的基于分布参数的贝杰隆架空线路模型；负荷模型搭建时，电力负荷采用ZIP模型，由30％恒阻抗、40％恒电流和30％恒功率构成。6.根据权利要求2所述的建模与解环方法，其特征在于，柔性直流一次系统建模包括：搭建电压源型换流器模型，采用模块化多电平换流器MMC，并搭建MMC子模块元件；搭建换流变压器模型，采用Yy联结变压器，其中阀侧绕组经大电阻接地。7.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，康鹏，刘蔚，熊卿，张野，林成，孙斌，马覃峰，欧阳可凤，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，贵州电网有限责任公司电力调度控制中心，
类型：发明
国别省市：广东;44