基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于相分量的机电暂态仿真方法及系统，包括：建立基于相分量的VSC

【技术实现步骤摘要】
基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统仿真与建模领域，特别是涉及一种基于相分量的机电暂态仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]新能源发电的快速发展且规模化接入电网导致电力系统出现越来越多的交直流混联模式，在交直流混联电网中存在大量电压源型换流器(VSC)，因此VSC-HVDC的运行特性直接影响了含大规模新能源发电的电力系统动态特性，这对于电力系统的仿真提出更高的要求。目前对于交直流混联系统的仿真，一般集中在电磁暂态仿真方面。电磁暂态仿真精度高，能够反映换流器开关动作，但是其受制于仿真步长小，电磁暂态仿真难以对大规模的交直流混联电网进行仿真。而机电暂态仿真具有计算规模大、仿真速度快的特点，因此机电暂态仿真成为分析VSC-HVDC的重要工具。如今已经建立了几种机电暂态仿真模型，如VSC-HVDC两端系统的小信号模型、基于时变动态相量直流模型的机电暂态模型、基于时变动态相量的VSC机电暂态仿真模型。
[0003]VSC-HVDC两端系统的小信号模型：在列些状态方程中利用小信号原理对方程进行线性化，从而重点研究了直流输电中的稳定性问题。
[0004]基于时变动态相量直流模型的机电暂态模型：该模型将支流部分分离出来，对其建立动态向量模型；对除去直流部分的系统建立传统的机电暂态模型。依据多速率的仿真原理，对不同的部分进行不同速率仿真，从而加快整体仿真速度。
[0005]基于时变动态相量的VSC机电暂态仿真模型：在dq坐标系下利用直流和二倍频分量研究了换流器在不对称故障下的仿真问题。
[0006]上述改进的模型均无法有效兼顾仿真的精度和效率，在总结分析现有的机电暂态仿真方法的基础上，本专利技术提出一种基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真模型，能够在机电暂态仿真中兼顾仿真速度和仿真精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法及系统，能够在机电暂态仿真中兼顾仿真速度和仿真精度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]一种基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，所述仿真方法包括：
[0010]建立基于相分量的VSC-HVDC换流器模型；所述VSC-HVDC换流器模型包含基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型、基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型以及基于相分量的VSC控制机电暂态模型；
[0011]对交流系统进行潮流计算，得到双端VSC-HVDC两侧PCC点处电压U
t
和电流I
t
；
[0012]基于所述PCC点处电压和电流计算外环控制量；
[0013]基于所述外环控制量计算VSC侧交流侧电流I
Re
、I
Im
；
[0014]基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型功率守恒计算VSC直流侧电流；
[0015]建立基于相分量的VSC-HVDC直流线路换模型；
[0016]将所述VSC直流侧电流输入至所述VSC-HVDC直流线路换模型中，计算直流线路的电压和电流。
[0017]可选的，所述基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型如下：
[0018][0019][0020]其中，U
t
为PCC点相电压；U
c
为换流器出口电压；U
tRe
、U
tIm
、U
cRe
、U
cIm
、I
cRe
、I
cIm
分别为U
t
、U
c
、I
c
的实部和虚部分量，Ic是换流器出口电流，Lc是换流器出口侧电感，B
c
为滤波电容，I
sRe
，I
sIm
为交流系统电流的实部和虚部，ω为角速度；
[0021]所述基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型如下：
[0022][0023]由式P
d
＝P
c
可得
[0024][0025]其中，P
c
为换流器交流侧有功功率；P
d
为直流侧功率；U
dc
为直流侧正负极母线间电压；I
d
为VSC直流侧电流，U
Re
、U
Im
为换流器交流侧电压的实部和虚部；I
Re
、I
Im
为换流器交流侧电流的实部和虚部，R
c
为换流器出口侧等效电阻；
[0026]所述基于相分量的VSC控制机电暂态模型包括内环控制模型和外环控制模型，所述内环控制模型简化为1；
[0027]所述外环控制模型为：
[0028]可选的，基于所述PCC点处电压和电流计算外环控制量具体采用以下公式：
[0029][0030]其中，P为有功功率控制量，Q为无功功率控制量，U
tRe
、U
tIm
、I
tRe
、I
tIm
分别是U
t
和I
t
移相后的实轴和虚轴分量；
[0031]采用所述外环控制模型计算实轴电流参考值I
Reref
和虚轴电流参考值I
Imref
。
[0032]可选的，基于所述外环控制量计算VSC侧交流侧电流具体采用以下公式：
[0033]I
Re
＝I
Reref
[0034]I
Im
＝I
Imref
。
HVDC直流线路换模型中，计算直流线路的电压和电流。
[0052]可选的，所述换流器模型构建模块具体采用以下公式：
[0053]所述基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型如下：
[0054][0055][0056]其中，U
t
为PCC点相电压；U
c
为换流器出口电压；U
tRe
、U
tIm
、U
cRe
、U
cIm
、I
cRe
、I
cIm
分别为U
t
、U
c
、I
t
的实部和虚部分量，Ic是换流器出口电流，Lc是换流器出口侧电感，B
c
为滤波电容，I
sRe
，I
sIm
为交流系统电流的实部和虚部，ω为角速度；
[0057]所述基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型如下：
[0058][0059]由式P
d
＝P
c
可得
[0060][0061]其中，P
c
为换流器交流侧有功功率；P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括：建立基于相分量的VSC-HVDC换流器模型；所述VSC-HVDC换流器模型包含基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型、基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型以及基于相分量的VSC控制机电暂态模型；对交流系统进行潮流计算，得到双端VSC-HVDC两侧PCC点处电压U
t
和电流I
t
；基于所述PCC点处电压和电流计算外环控制量；所述外环控制量包括有功功率控制量和无功功率控制量；基于所述外环控制量计算VSC侧交流侧电流I
Re
、I
Im
；基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型功率守恒计算VSC直流侧电流；建立基于相分量的VSC-HVDC直流线路换模型；将所述VSC直流侧电流输入至所述VSC-HVDC直流线路换模型中，计算直流线路的电压和电流。2.根据权利要求1所述的基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型如下：基于相分量的VSC换流器交流侧机电暂态模型如下：其中，U
t
为PCC点相电压；U
c
为换流器出口电压；U
tRe
、U
tIm
、U
cRe
、U
cIm
、I
cRe
、I
cIm
分别为U
t
、U
c
、I
c
的实部和虚部分量，Ic是换流器出口电流，Lc是换流器出口侧电感，B
c
为滤波电容，I
sRe
，I
sIm
为交流系统电流的实部和虚部，ω为角速度；所述基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型如下：由式P
d
＝P
c
可得其中，P
c
为换流器交流侧有功功率；P
d
为直流侧功率；U
dc
为直流侧正负极母线间电压；I
d
为VSC直流侧电流，U
Re
、U
Im
为换流器交流侧电压的实部和虚部；I
Re
、I
Im
为换流器交流侧电流的实部和虚部，R
c
为换流器出口侧等效电阻；所述基于相分量的VSC控制机电暂态模型包括内环控制模型和外环控制模型，所述内环控制模型简化为1；所述外环控制模型为：3.根据权利要求1所述的基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，基于所述PCC点处电压和电流计算外环控制量具体采用以下公式：
其中，P为有功功率控制量，Q为无功功率控制量，U
tRe
、U
tIm
、I
tRe
、I
tIm
分别是U
t
和I
t
移相后的实轴和虚轴分量；采用所述外环控制模型计算实轴电流参考值I
Reref
和虚轴电流参考值I
Imref
。4.根据权利要求1所述的基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，基于所述外环控制量计算VSC侧交流侧电流具体采用以下公式：I
Re
＝I
Reref
I
Im
＝I
Imref
，其中，I
Reref
为实轴电流参考值，I
Imref
为虚轴电流参考值。5.根据权利要求1所述的基于相分量的VSC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述基于相分量的VSC直流侧机电暂态模型功率守恒计算VSC直流侧电流具体采用以下公式：由式P
d
＝P
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢欢，吴国旸，黄磊，王毅，张建新，宋新立，邱建，戴汉扬，徐光虎，谢家正，李鹏，刘涛，邓韦斯，宋墩文，袁小清，苏志达，穆世霞，李霞，杨泽栋，杨学涛，陈勇，连攀杰，郝韶航，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：