一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，包括以下步骤：步骤S10，根据柔性直流输电系统拓扑结构建立系统低频数学模型；步骤S20，根据柔性直流输电系统低频数学模型确立矢量控制系统；步骤S30，根据步骤S20搭建柔性直流输电系统的控制系统模型，进一步建立柔性直流输电系统模型；步骤S40，仿真计算输电系统在不同故障类型下的过电压水平；步骤S50，根据过电压计算结果确立适用于海上风电场的柔性直流输电系统绝缘配置方案。本发明专利技术适用性强，可以准确快速地确定故障的类型及位置和确立绝缘配置方案，提高了系统工作效率。

Method for establishing flexible DC transmission system and insulation configuration

The invention discloses a method and insulation configuration of a flexible DC power transmission system, which comprises the following steps: step S10, based on the low frequency model of the system of HVDC system topology; step S20, according to the mathematical model of HVDC flexible frequency vector control system is established; step S30, according to the control system of model S20 to build flexible steps DC power transmission system, further establish flexible HVDC system model; step S40, simulation calculation of voltage in the different fault types of transmission system; step S50, according to the electric pressure calculation results establish the VSC-HVDC System for Yu Hai wind insulation configuration. The invention has the advantages of good applicability, accurate and fast determination of the type and position of the fault, and establishment of an insulation configuration scheme, thereby improving the work efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法
本专利技术属于新能源发电领域，更具体地说，涉及一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法。
技术介绍
海上风电的柔性直流输电是近年来迅速发展起来的输电技术，因其适用于大规模远距离海上风电场的电能传输，并具有许多交流输电系统无法实现的优势，如谐波含量少、隔离交流系统侧故障、具备黑启动能力等，得到了国内外学者的关注。海上风电的柔性直流输电技术一般应用于大容量远距离的电能传输，因此其建设成本及施工难度都很大，并要求工程前期设计尽可能考虑到可能出现的问题，尤其是传输系统在运行中可能出现的过电压，很大程度上决定了电缆、避雷器等设备的绝缘设计水平。现有的高压直流换流站绝缘配合程序，是按照高压直流换流站绝缘配合的相关标准对避雷器进行配置，对系统进行过电压的仿真分析，再结合绝缘系数的选取最终确定设备绝缘水平。但是该绝缘配合程序只是针对基于晶闸管换流阀的常规高压直流输电系统。随着柔性直流输电技术的快速发展，其绝缘配合的研究也相继开展起来。柔性直流输电系统的绝缘配合原则和步骤参照传统高压直流系统的绝缘配合，并结合其特有的控制保护策略，但是目前还未形成统一的标准，绝缘配合的经济性和合理性也有待进一步验证。事实上，柔性直流输电系统跟传统高压直流系统的结构有较大的不同，其过电压的产生机理也有较大的差异，因此应对柔性直流输电系统的过电压及绝缘配合方案进行专门研究。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，包括以下步骤：步骤S10，根据柔性直流输电系统拓扑结构建立系统低频数学模型；步骤S20，根据柔性直流输电系统低频数学模型确立矢量控制系统；步骤S30，根据步骤S20搭建柔性直流输电系统的控制系统模型，进一步建立柔性直流输电系统模型；步骤S40，仿真计算输电系统在不同故障类型下的过电压水平；步骤S50，根据过电压计算结果确立适用于海上风电场的柔性直流输电系统绝缘配置方案。在所述步骤S10中，在柔性直流输电系统中，将换流阀用理想开关代替，通过基尔霍普定律根据系统拓扑结构建立数学公式，进行傅里叶变换后舍弃高频谐波分量得到低频数学模型。在所述步骤S20中，矢量控制系统分两层设计，上层控制器经过算术和逻辑运算产生底层控制器需要的电压和电流参考值，底层控制器接收上层控制器的参考值，经过算术和逻辑运算产生阀的触发脉冲；矢量控制系统还设计自监测系统，自监测系统始终处于工作状态，用于监测测量回路和控制系统是否在正常工作状态。其中，上层控制器包括外环功率控制器和内环电流控制器，外环功率控制器包含定交流电压控制、定无功功率控制、定直流电压控制和定有功功率控制，内环内电流控制器包含交流电流控制；下层控制器包括锁相环控制、交流电流控制和脉宽调制控制。在所述步骤S40中，仿真计算包含交流侧过电压、直流侧过电压、换流阀短路失效过电压、换流阀开路失效过电压的故障类型，并统计系统的过电压水平。在所述步骤S50中，柔性直流输电系统绝缘配合方案包含避雷器安装的位置及避雷器的选择。实施本专利技术一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，具有以下有益效果：本专利技术提出了一套普遍适用的柔性直流输电系统仿真系统搭建方法，确立系统拓扑结构之后，即可确立系统的数学模型，并建立相应的控制系统模型，进而搭建柔性直流输电系统进行过电压的仿真研究，据此提出相应绝缘配合方案，适用性得到大大提高；同时过电压的计算，将故障类型按照位置分为交流侧、直流侧及换流站内，可以准确快速地确定故障的类型及位置；绝缘配置的方案确立基于系统关键点过电压的统计，提高了系统工作效率。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为海上风电场柔性直流输电系统的结构示意图；图2为同步旋转坐标系下换流器的等效电路；图3为VSC-HVDC两侧的换流站控制结构图；图4为含控制系统的柔性直流输电系统的结构示意图；图5为柔性直流输电换流站避雷器的配置示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。设计一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，包括以下步骤：步骤S10，根据柔性直流输电系统拓扑结构建立系统低频数学模型。在柔性直流输电系统中，将换流阀用理想开关代替，通过基尔霍普定律根据系统拓扑结构建立数学公式，进行傅里叶变换后舍弃高频谐波分量得到低频数学模型。步骤S20，根据柔性直流输电系统低频数学模型确立矢量控制系统。矢量控制系统分两层设计，上层控制器经过算术和逻辑运算产生底层控制器需要的电压和电流参考值，底层控制器接收上层控制器的参考值，经过算术和逻辑运算产生阀的触发脉冲；矢量控制系统还设计自监测系统，自监测系统始终处于工作状态，用于监测测量回路和控制系统是否在正常工作状态。其中，上层控制器包括外环功率控制器和内环电流控制器，外环功率控制器包含定交流电压控制、定无功功率控制、定直流电压控制和定有功功率控制，内环内电流控制器包含交流电流控制；下层控制器包括锁相环控制、交流电流控制和脉宽调制控制。步骤S30，根据步骤S20搭建柔性直流输电系统的控制系统模型，进一步建立柔性直流输电系统模型。步骤S40，仿真计算输电系统在不同故障类型下的过电压水平。仿真计算包含交流侧过电压、直流侧过电压、换流阀短路失效过电压、换流阀开路失效过电压的故障类型，并统计系统各关键点的过电压水平。步骤S50，根据过电压计算结果确立适用于海上风电场的柔性直流输电系统绝缘配置方案，柔性直流输电系统绝缘配合方案包含避雷器安装的位置及避雷器的选择。图1为某±320kV海上风电柔性直流输电系统结构图，以两电平换流器为例，依据此拓扑结构建立其低频数学模型。假设换流阀为理想换流阀，将换流阀用理想开关代替，将系统简化，并引入单极性二值逻辑开关函数。利用换流器上下两桥臂开关的互补性及基尔霍夫电压和电流定律，可得方程：在三相三线制系统中，有isa+isb+isc＝0；另外，当三相交流系统电压对称平衡时有ua+ub+uc＝0，将上两式带入式(1)，可得：结合式子(1)、(2)，得到ucno(n＝a，b，c)如式(3)：将式(3)进行傅里叶变换分解为及基频分量和高频谐波分量可得：由式(4)可知：VSC直流侧电压和交流侧电压是通过电力电子开关器件相互关联的，开关状态确定则直流电压与交流电压的关系也就确定：VSC交流输出是电压脉冲，其含有基波和高次谐波分量。利用PWM控制作为VSC的底层控制，确定VSC的开关状态。当VSC采用PWM控制，a相交流输出ucao是PWM电压脉冲，由于电感L的滤波作用，ucao中的高次谐波分量ucaoh使交流电流isa1产生的脉动很小，可以忽略，因此VSC交流输出电压为一幅值、频率和相位可控的正弦电压：式中m为调制比，其值等于换流器输出交流基波相电压幅值与直流侧电压的比值；δ为交流系统基波相电压与换流器输出交流基波相电压的相角差。由(4)和(5)可实现系统的线性、解耦转换：即进行坐标变换以后得到同步旋转坐标下的基频动态数学模型如下：因此在同步旋转坐标系下，可以得到换流器的等效电路，如图2所示。图中的等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，根据柔性直流输电系统拓扑结构建立系统低频数学模型；步骤S20，根据柔性直流输电系统低频数学模型确立矢量控制系统；步骤S30，根据步骤S20搭建柔性直流输电系统的控制系统模型，进一步建立柔性直流输电系统模型；步骤S40，仿真计算输电系统在不同故障类型下的过电压水平；步骤S50，根据过电压计算结果确立适用于海上风电场的柔性直流输电系统绝缘配置方案。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，根据柔性直流输电系统拓扑结构建立系统低频数学模型；步骤S20，根据柔性直流输电系统低频数学模型确立矢量控制系统；步骤S30，根据步骤S20搭建柔性直流输电系统的控制系统模型，进一步建立柔性直流输电系统模型；步骤S40，仿真计算输电系统在不同故障类型下的过电压水平；步骤S50，根据过电压计算结果确立适用于海上风电场的柔性直流输电系统绝缘配置方案。2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，其特征在于，所述步骤S10中，在柔性直流输电系统中，将换流阀用理想开关代替，通过基尔霍普定律根据系统拓扑结构建立数学公式，进行傅里叶变换后舍弃高频谐波分量得到低频数学模型。3.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电系统建立及绝缘配置的方法，其特征在于，在所述步骤S20中，矢量控制系统分两层设计，上层控制器经过算术和逻辑运算产生底层控制器需要的电压和电流参...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹤鸣，汤亮亮，张广洲，刘飞，蔡炜，朱弘钊，任华，王力农，宋斌，李小春，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42