适用于LCC-HVDC系统的线性周期时变模型建立方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于LCC

【技术实现步骤摘要】
适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法


[0001]本专利技术属于电力系统电磁动态建模
，更具体地，涉及一种适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法和装置。

技术介绍

[0002]基于电网换相换流器的高压直流输电(Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current、LCC
‑
HVDC)凭借其技术经济性优势广泛应用于我国电力系统中，对电力系统的动态特性产生深刻影响。与LCC
‑
HVDC相关的动态稳定性问题不断涌现，严重威胁电力系统安全稳定运行。准确构建LCC
‑
HVDC的小信号模型是相关稳定问题研究的基础，受到学界的广泛关注。LCC
‑
HVDC的开关过程、锁相环和坐标变换等环节使得该装备原始数学关系呈现出非线性、断续、周期时变的特征，这给LCC
‑
HVDC电磁小信号建模带来挑战。
[0003]现有的LCC
‑
HVDC小信号建模方法可分为四类：准稳态建模、动态相量建模、谐波状态空间建模和阻抗建模。其中，准稳态建模仅能反映LCC
‑
HVDC在较低频段的动态特性，无法准确计及开关过程对系统动态特性的影响。而动态相量和谐波状态空间建模方法可以对开关过程、锁相环等环节进行准确建模，但是模型阶数随着模型准确度的提升而成倍增加，应用于实际电力系统电磁稳定性分析会引起维数灾。同时，阻抗建模数学形式复杂、难以适用于实际系统电磁稳定性的分析。因此，有必要提出一种LCC
‑
HVDC的电磁小信号建模方法，能够准确反映LCC
‑
HVDC的开关过程、锁相环等环节的动态特性，同时具有复杂程度低、适用于实际大规模电力系统电磁稳定性分析的特征。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法和装置，其目的在于，利用开关函数和换相变压器漏感折算函数构建LCC
‑
HVDC系统中各部分的原始数学模型，然后在各部分原始数学模型中的开关函数对应的傅里叶展开式稳态周期轨迹上进行线性化得到各个原始数学模型对应的线性周期时变模型，由此解决现有建模方法无法兼顾准确性和模型阶数的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，包括：
[0006]S1：基于开关函数理论建立LCC
‑
HVDC系统对应的整流站原始数学模型和逆变站原始数学模型；
[0007]S2：基于换相变压器漏感折算函数和开关函数理论建立所述LCC
‑
HVDC系统对应的直流网络原始数学模型；
[0008]S3：利用LCC
‑
HVDC系统的控制器结构和CIGRE基准模型的交流滤波器拓扑建立所述LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统原始数学模型和交流网络原始数学模型；
[0009]S4：将所述整流站原始数学模型、所述逆变站原始数学模型、所述直流网络原始数学模型中的开关函数进行傅里叶级数展开，表示为不同频次分量叠加的数学形式，在所述
数学形式的稳态周期轨迹上线性化，得到所述LCC
‑
HVDC系统对应的整流站线性周期时变模型、逆变站线性周期时变模型和直流网络线性周期时变模型；
[0010]S5：针对LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统原始数学模型和交流网络原始数学模型，直接在其稳态周期轨迹上线性化，得到所述LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统线性周期时变模型和交流网络线性周期时变模型；
[0011]S6：整合所述整流站线性周期时变模型、所述逆变站线性周期时变模型、所述直流网络线性周期时变模型、所述控制系统线性周期时变模型和所述交流网络线性周期时变模型，得到所述LCC
‑
HVDC系统整体的线性周期时变模型。
[0012]在其中一个实施例中，所述S1包括：
[0013]利用公式建立LCC
‑
HVDC系统对应的整流站原始数学模型和逆变站原始数学模型；
[0014]其中，u
dcx
为换流站直流侧电压，i
dcx
为换流站直流侧电流，u
gax
、u
gbx
和u
gcx
均为换流母线电压，i
gax
、i
gbx
和i
gcx
均为换流站出口侧交流电流，S
uax
、S
ubx
和S
ucx
均为电压开关函数，S
iax
、S
ibx
和S
icx
均为电流开关函数，且下标x为r和i时分别表示整流侧变量和逆变侧变量。
[0015]在其中一个实施例中，所述电压开关函数和所述电流开关函数均与换相重叠角μ
x
相关，所述换相重叠角μ
x
的表达式为：
[0016][0017]其中，α
x
为换流站控制系统输出的触发角，ω0为基波频率，L
Tx
为换相变压器漏电感，U
gx
为换流母线电压的相电压幅值。
[0018]在其中一个实施例中，所述S2包括：
[0019]利用公式建立所述直流网络原始数学模型；L
dcx
表示直流侧电感，S
tx
表示换相变压器漏感折算函数，L
Tx
表示换相变压器漏感，R
dcx
为直流线路电阻，u
dcx
为换流器直流侧电压，u
dcm
为直流线路电容电压，C
dc
为直流线路电容。
[0020]在其中一个实施例中，所述控制系统原始数学模型包括：整流站控制系统原始数学模型和逆变站控制系统原始数学模型；所述交流网络原始数学模型包括：整流站交流主回路原始数学模型、逆变站交流主回路原始数学模型和交流滤波器的原始数学模型；其中，
[0021]所述整流站控制系统原始数学模型的数学表达式为：
α
r
为整流站定电流PI控制器输出的触发角，为整流站直流电流指令值，T
fr
为直流电流采样滤波时间常数，θ
pr
为整流站锁相环的输出相位，，k
p1
和k
i1
分别为整流站定电流PI控制器的比例系数和积分系数；k
p2
和k
i2
分别为整流站锁相环PI控制器的比例系数和积分系数；为电压u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，其特征在于，包括：S1：基于开关函数理论建立LCC
‑
HVDC系统对应的整流站原始数学模型和逆变站原始数学模型；S2：基于换相变压器漏感折算函数和开关函数理论建立所述LCC
‑
HVDC系统对应的直流网络原始数学模型；S3：利用LCC
‑
HVDC系统的控制器结构和CIGRE基准模型的交流滤波器拓扑建立所述LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统原始数学模型和交流网络原始数学模型；S4：将所述整流站原始数学模型、所述逆变站原始数学模型、所述直流网络原始数学模型中的开关函数进行傅里叶级数展开，表示为不同频次分量叠加的数学形式，在所述数学形式的稳态周期轨迹上线性化，得到所述LCC
‑
HVDC系统对应的整流站线性周期时变模型、逆变站线性周期时变模型和直流网络线性周期时变模型；S5：针对LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统原始数学模型和交流网络原始数学模型，直接在其稳态周期轨迹上线性化，得到所述LCC
‑
HVDC系统对应的控制系统线性周期时变模型和交流网络线性周期时变模型；S6：整合所述整流站线性周期时变模型、所述逆变站线性周期时变模型、所述直流网络线性周期时变模型、所述控制系统线性周期时变模型和所述交流网络线性周期时变模型，得到所述LCC
‑
HVDC系统整体的线性周期时变模型。2.如权利要求1所述的适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，其特征在于，所述S1包括：利用公式建立LCC
‑
HVDC系统对应的整流站原始数学模型和逆变站原始数学模型；其中，u
dcx
为换流站直流侧电压，i
dcx
为换流站直流侧电流，u
gax
、u
gbx
和u
gcx
均为换流母线电压，i
gax
、i
gbx
和i
gcx
均为换流站出口侧交流电流，S
uax
、S
ubx
和S
ucx
均为电压开关函数，S
iax
、S
ibx
和S
icx
均为电流开关函数，且下标x为r和i时分别表示整流侧变量和逆变侧变量。3.如权利要求2所述的适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，其特征在于，所述电压开关函数和所述电流开关函数均与换相重叠角μ
x
相关，所述换相重叠角μ
x
的表达式为：其中，α
x
为换流站控制系统输出的触发角，ω0为基波频率，L
Tx
为换相变压器漏电感，U
gx
为换流母线电压的相电压幅值。4.如权利要求2所述的适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，其特征在于，所述S2包括：
利用公式建立所述直流网络原始数学模型；其中，L
dcx
表示直流侧电感，S
tx
表示换相变压器漏感折算函数，L
Tx
表示换相变压器漏感，R
dcx
为直流线路电阻，u
dcx
为换流器直流侧电压，u
dcm
为直流线路电容电压，C
dc
为直流线路电容。5.如权利要求4所述的适用于LCC
‑
HVDC系统的线性周期时变模型建立方法，其特征在于，所述控制系统原始数学模型包括：整流站控制系统原始数学模型和逆变站控制系统原始数学模型；所述交流网络原始数学模型包括：整流站交流主回路原始数学模型、逆变站交流主回路原始数学模型和交流滤波器的原始数学模型；其中，所述整流站控制系统原始数学模型的数学表达式为：α
r
为整流站定电流PI控制器输出的触发角，为整流站直流电流指令值，T
fr
为直流电流采样滤波时间常数，θ
pr
为整流站锁相环的输出相位，k
p1
和k
i1
分别为整流站定电流PI控制器的比例系数和积分系数；k
p2
和k
i2
分别为整流站锁相环PI控制器的比例系数和积分系数；为电压u
gar
、u
gbr
、u
gcr
在锁相坐标系下的Q轴分量；所述逆变站控制系统原始数学模型的数学表达式为：α
i
为逆变站定电压PI控制器输出的触发角，为逆变站直流电压指令值，T
fi
为直流电压采样滤波时间常数，θ
pi
为逆变站锁相环输出的相位，k
p3
，k
i3
分别为逆变站定电压PI控制器的比例系数和积分系数；k
p4
，k
i4
分别为逆变站锁相环PI控制器的比例系数和积分系数，为电压u
gai
、u
gbi
、u
gci
在锁相坐标系下的Q轴分量；
所述整流站交流主回路原始数学模型的数学表达式为：i
Lr1
为流过电感L
r1
的电流，R
r1
为电感L

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家兵，杜步阳，朱建行，邵德军，石梦璇，徐友平，潘晓杰，王玉坤，张慕婕，郭泽仁，
申请(专利权)人：国家电网公司华中分部，
类型：发明
国别省市：