高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，是根据换流器相电压的一阶动态相量、直流电流零阶动态相量和直流电流二阶动态相量，以及直流控制系统的触发角，计算换流器中各换流阀的实际触发角、延迟导通角和换相角；根据换流器中各换流阀的实际触发角、延迟导通角和换相角计算获得三相电压开关函数和三相电流开关函数；由三相电压开关函数和三相电流开关函数，并在对交流电压和直流电流进行序分量分解确定特征谐波的基础上，建立换流器的动态相量模型，本发明专利技术方法能有效提高模型精度，减小计算量。

【技术实现步骤摘要】
高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法
本专利技术涉及一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，更具体地说是一种应用在不对称故障情况下，交直流混联系统动态特性分析的一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法。
技术介绍
高压直流输电技术因其在远距离大容量输电方面的优势得到广泛应用，这使得直流系统建模成为该领域的研究重点。换流器作为直流系统最重要的器件，其模型的准确性直接决定了直流系统建模的有效性。换流器作为典型的离散开关元件，在电力系统的庞大和复杂性以及计算规模和时间的限制下，难以进行包含阀过程的详细的电磁暂态建模仿真，而忽略动态特性的简化模型将使模型缺乏准确性。动态相量法作为对准稳态法的改进，源于传统的平均值法，是基于反映元件动态特性的状态变量对应的时变傅里叶系数而推导的一种建模方法，其精度介于QSS模型与EMPT模型之间，在系统分析与设计中，可以在一定研究范围内代替详细时域模型，并且模型的复杂程度可根据分析的需要而改变。现有技术中应用于系统不对称运行状态下的换流器动态相量模型的建模方法是根据不对称三相换相电压对换流器开关动作的影响构造由基本分量、换相分量和修正分量组成的电压和电流开关函数，使之适用于交直流系统各种运行工况和故障情况；然而交流系统三相不对称时，会在换流器交直流侧产生各次谐波，尤其是直流侧2次谐波电流通常较大，在非对称状况较为严重或直流侧等值谐波阻抗较小时，2次谐波电流的幅值甚至接近于直流分量，忽略其影响会带来较大误差。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术的不足，提供一种适用于不对称故障下的高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，根据三相非对称运行状态下换流器的换相过程，在换相角的计算中考虑直流侧2次谐波的影响，并根据序列分量分析忽略非必要谐波简化模型的计算过程，从而提高模型精度，减小计算量；本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、电压计算；步骤1.1、在时间间隔τ内，τ∈(t-T0,t]，分别采样获得换流器直流侧电流id(t)和换流器交流侧相电压ua(t)、ub(t)和uc(t)，利用式(1)计算获得换流器交流侧各线电压幅值umn(t)：umn(t)＝um(t)-un(t)(1)，式(1)中，m＝a、b或c，n＝a、b或c，分别对应A相、B相和C相，mn＝ab、bc或ca，所述换流器直流侧是指高压直流输电系统直流电流输入部分，换流器交流侧是指高压直流输电系统交流电压输入部分；步骤1.2、针对步骤1.1中获得的换流器交流侧相电压umn(t)和换流器交流侧线电压um(t)，利用离散傅里叶变换分别变换得到换流器交流侧相电压一阶动态相量<Um>1和换流器交流侧线电压一阶动态相量<Umn>1；步骤2、获取相位偏移；步骤2.1、利用式(2)将换流器交流侧线电压一阶动态相量<Uab>1、<Ubc>1和<Uca>1通过坐标变换得到换相电压α分量以及换相电压β分量将换相电压α分量和换相电压β分量分别展开表示为：和Uα和Uβ分别是换相电压α分量和换相电压β分量的幅值，和分别为换相电压α分量和换相电压β分量的相位；步骤2.2、利用式(3)计算获得高压直流输电系统中直流控制系统同步电压相位步骤2.3、根据交流系统发生不对称故障时各线电压的相位，利用式(4)分别计算获得同步电压的相位偏移：式(4)中，和一一对应为发生不对称故障时各线电压Uca、Uab和Ubc的相位，和一一对应为各线电压Uca、Uab和Ubc的相间同步电压的相位偏移。步骤3、计算实际触发角：采样获得直流控制系统发出的触发角指令α0，利用式(5)计算获得三相换流阀的换相偏移角θmn和实际触发角αmn：步骤4、计算计及二次谐波的换流器三相换流阀之间的换相角；步骤4.1、针对步骤1.1中采样获得的换流器直流侧电流id(t)进行离散傅里叶变换，分别获得换流器直流侧电流的零阶动态相量<Id>0和二阶动态相量<Id>2；步骤4.2、利用式(6)计算获得换流器三相换流阀之间的换相角μmn：式(6)中，Xr为换流器等值至阀侧的电抗值，为直流电流二次谐波初相位；步骤5、建立换流器改进开关函数模型：步骤5.1、将三相开关函数Sm展开成各分量，分别是：基本分量Sj、修正分量Sgm和换相分量Sμm，所述换相分量Sμm包含电压换相分量Suμm和电流换相分量Siμm；步骤5.2、利用傅里叶级数将所述各分量展开成：Sj(ωt)，Sg(ωt,θmn)，Suμ(ωt,μmn)和Siμ(ωt,μmn)；步骤5.3、根据三相换流阀的换相偏移角θmn、实际触发角αmn、三相换流阀之间的换相角μmn，利用式(7)建立初始换流器开关函数模型S′um和S′im：步骤5.4、通过对初始换流器开关函数模型在相位上做滞后矫正，将电压开关函数S′um和电流开关函数S′im统一表达为S′m,建立如式(8)所示的换流器开关函数改进模型Sm：步骤5.5、利用离散傅里叶变换按式(9)获得三相电压开关函数Sum和三相电流开关函数Sim的q阶动态相量形式：式(9)中，<sum>q为三相电压开关函数Sum的q阶动态相量，<sim>q为三相电流开关函数Sim的q阶动态相量；步骤6、对各分量进行序分量分解：步骤6.1、利用式(10)计算正、负序电压开关函数和电流开关函数的q阶动态相量：式(10)中，h＝ej2π/3，为正、负序电压开关函数的q阶动态相量，为正、负序电流开关函数的q阶动态相量；步骤6.2、利用式(11)计算换流器交流侧三相电压正、负序分量的(p-q)阶动态相量<u+>p-q和<u->p-q：式(11)中，p、q为任意非零整数，且p≠q，<ua>p-q、<ub>p-q和<uc>p-q分别为换流母线A、B、C三相电压的(p-q)阶动态相量；步骤7、构造换流器的动态相量模型：步骤7.1、利用式(12)计算获得交流侧电流和直流侧电压的动态相量：式(12)中，<i+>k和<i->k分别为换流器交流侧电流正负序分量的k阶动态相量，<ud>p为换流器直流侧电压的p阶动态相量，<id>k-q是通过离散傅里叶变换计算得到的换流器直流侧电流的(k-q)阶动态相量；步骤7.2基于对不故障发生时刻非特征谐波分析，换流器交流侧的交流电流包含基波和3次谐波分量，直流侧直流电压包含直流量和2次谐波分量，建立由式(13)所表征的换流器的动态相量模型：本专利技术高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法的特点也在于：式(7)中各修正分量Sgm、电压换相分量Suμm和电流换相分量Siμm分别是：Sga＝Sg(ωt-π/3,θab)-Sg(ωt-π/3,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、电压计算；步骤1.1、在时间间隔τ内，τ∈(t‑T0,t]，分别采样获得换流器直流侧电流id(t)和换流器交流侧相电压ua(t)、ub(t)和uc(t)，利用式(1)计算获得换流器交流侧各线电压幅值umn(t)：umn(t)＝um(t)‑un(t)   (1)，式(1)中，m＝a、b或c，n＝a、b或c，分别对应A相、B相和C相，mn＝ab、bc或ca，所述换流器直流侧是指高压直流输电系统直流电流输入部分，换流器交流侧是指高压直流输电系统交流电压输入部分；步骤1.2、针对步骤1.1中获得的换流器交流侧相电压umn(t)和换流器交流侧线电压um(t)，利用离散傅里叶变换分别变换得到换流器交流侧相电压一阶动态相量

【技术特征摘要】
1.一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、电压计算；步骤1.1、在时间间隔τ内，τ∈(t-T0,t]，分别采样获得换流器直流侧电流id(t)和换流器交流侧相电压ua(t)、ub(t)和uc(t)，利用式(1)计算获得换流器交流侧各线电压幅值umn(t)：umn(t)＝um(t)-un(t)(1)，式(1)中，m＝a、b或c，n＝a、b或c，分别对应A相、B相和C相，mn＝ab、bc或ca，所述换流器直流侧是指高压直流输电系统直流电流输入部分，换流器交流侧是指高压直流输电系统交流电压输入部分；步骤1.2、针对步骤1.1中获得的换流器交流侧相电压umn(t)和换流器交流侧线电压um(t)，利用离散傅里叶变换分别变换得到换流器交流侧相电压一阶动态相量<Um>1和换流器交流侧线电压一阶动态相量<Umn>1；步骤2、获取相位偏移；步骤2.1、利用式(2)将换流器交流侧线电压一阶动态相量<Uab>1、<Ubc>1和<Uca>1通过坐标变换得到换相电压α分量以及换相电压β分量将换相电压α分量和换相电压β分量分别展开表示为：和Uα和Uβ分别是换相电压α分量和换相电压β分量的幅值，和分别为换相电压α分量和换相电压β分量的相位；步骤2.2、利用式(3)计算获得高压直流输电系统中直流控制系统同步电压相位步骤2.3、根据交流系统发生不对称故障时各线电压的相位，利用式(4)分别计算获得同步电压的相位偏移：式(4)中，和一一对应为发生不对称故障时各线电压Uca、Uab和Ubc的相位，和一一对应为各线电压Uca、Uab和Ubc的相间同步电压的相位偏移。步骤3、计算实际触发角：采样获得直流控制系统发出的触发角指令α0，利用式(5)计算获得三相换流阀的换相偏移角θmn和实际触发角αmn：步骤4、计算计及二次谐波的换流器三相换流阀之间的换相角；步骤4.1、针对步骤1.1中采样获得的换流器直流侧电流id(t)进行离散傅里叶变换，分别获得换流器直流侧电流的零阶动态相量<Id>0和二阶动态相量<Id>2；步骤4.2、利用式(6)计算获得换流器三相换流阀之间的换相角μmn：式(6)中，Xr为换流器等值至阀侧的电抗值，为直流电流二次谐波初相位；步骤5、建立换流器改进开关函数模型：步骤5.1、将三相开关函数Sm展开成各分量，分别是：基本分量Sj、修正分量Sgm和换相分量Sμm，所述换相分量Sμm包含电压换相分量Suμm和电流换相分量Siμm；步骤5.2、利用傅里叶级数将所述各分量展开成：Sj(ωt)，Sg(ωt,θmn)，Suμ(ωt,μmn)和Siμ(ωt,μmn)；步骤5.3、根据三相换流阀的换相偏移角θmn、实际触发角αmn、三相换流阀之间的换相角μmn，利用式(7)建立初始换流器开关函数模型S′um和S′im：步骤5.4、通过对初始换流器开关函数模型在相位上做滞后矫正，将电压开关函...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，张澜芯，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34