一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法技术

本发明专利技术公开了一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法。包括以下步骤：首先针对多直流送端系统闭锁动态上升过电压问题，结合奇异摄动理论建立计算上升过电压的关键慢系统模型；之后为快速获得系统过电压大小，基于建立的慢系统模型，提出无需仿真积分的过电压峰值解析计算方法。最后基于单调保序性调整相关动态参数即可实现上升过电压的平滑抑制。本发明专利技术建立了闭锁期间过电压的交直流慢系统模型来准确描述闭锁过电压上升过程，并利用单调系统理论提出有效抑制动态上升过电压的方法，此外，结合直流等效静态负荷提出的慢系统线性化解析计算过电压动态最大值，计算效率极大提高，有望用于在线安全稳定分析。有望用于在线安全稳定分析。

【技术实现步骤摘要】
一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法


[0001]本专利技术属于电网动态特性分析
，具体涉及一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法。

技术介绍

[0002]高压直流输电凭借其在大容量、远距离输电上的优势，如今已成为我国解决能源“源荷逆向分布”问题以及跨区域送电的重要手段。直流换流器输送功率需要消耗大量无功，约占直流正常输送有功的40％～60％，故通常需在换流站配置大量无功补偿设备。当直流因自身或交流系统严重故障而闭锁时，闭锁直流所消耗无功减少，其无功补偿设备仍发出大量无功，极控系统大约需经过200ms才会将其切除。大量盈余的无功注入系统将导致直流换流站及其相邻换流站的过电压。区域电网采用直流互联，送端电网经多直流外送情况逐渐增多，多送端换流站之间的闭锁过电压问题亟待关注。
[0003]针对闭锁过电压问题，现存文献主要从宏观角度结合功率与电压关系，推导过电压公式进行定量与定性分析。通过对闭锁过电压的推导主要基于交流电网等效恒压源得出，交流电网受闭锁后的电压动态被忽略。故基于等效交流电网推导的结果，往往更适用于闭锁瞬间过电压或稳态过电压。系统短路比指标如有效短路比、多馈入短路比等，量化了交流系统强度，可用以表征电网抗直流故障扰动能力。但短路比指标只反映电网电压的抗扰动强度，无法有效定量计算过电压水平，同时指标均不涉及过电压动态过程。此外，在特定网络结构与工况下，直流闭锁后过电压将持续上升至电容器被切除，故此情形下过电压最大值高于闭锁瞬间的电压升高值。针对这一类型的动态过电压，基于静态潮流方程推导的过电压公式，未考虑系统的动态变化，无法分析系统动态参数对过电压的影响，结果存在局限性。
[0004]要分析闭锁期间系统的动态过程，本质在于了解直流与交流电网在闭锁故障期间扮演的角色。由同步机与直流控制系统构成的送端电网，是一个复杂高阶的非线性微分代数(DAE)系统。进行解析时，交直流电网模型阶数高，直流接口方程复杂，增大了问题分析的难度。因此，从交直流系统之间响应速度的快慢差异，利用奇异摄动理论，给出了计算交直流问题的新视角。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法，通过建立多直流等效送端系统模型，利用奇异摄动理论，将系统分为快慢子系统，说明闭锁期间过电压的交直流慢系统模型可准确描述闭锁过电压上升过程；结合直流等效静态负荷提出的慢系统线性化解析计算过电压动态最大值，计算效率极大提高，有望用于在线安全稳定分析；此外，基于单调系统理论得到有效抑制动态上升过电压的方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法包括以下步骤：
[0008]S1：构建直流输电系统模型、交流系统模型以及交直流系统网络方程模型；
[0009]S2：结合过电压动态双时标特性，对交直流系统进行奇异摄动降阶解耦，建立交直流奇异摄动模型；
[0010]S3：慢时标下，建立主导电压上升的电压子系统模型，以及等效静态负荷模型；
[0011]S4：根据慢系统线性化解析方法计算闭锁上升过电压的动态最大值；
[0012]S5：对步骤S4超过设定阈值的过电压进行调节，通过系统功角与相角差矩阵判断电压子系统是否满足单调系统理论，若满足，电压关于同步机动态参数如同步机励磁系统比例系数或d轴开路时间常数具有单调保序特征，从而通过调整同步机动态参数以平滑单调抑制过电压水平。
[0013]所述步骤S1具体为：
[0014]1.1)构建传统LCC直流输电系统的直流准稳态模型、直流线路模型及直流控制系统模型：传统LCC直流输电系统主要由两部分构成，一者是三相平衡工况下换流站的直流准稳态模型以及直流线路模型，一者是维持直流正常运行的直流控制系统。
[0015]构建标幺化后的直流准稳态模型，具体方程如下：
[0016][0017]式中，下标“R”“I”分别代表整流侧与逆变侧，下标“dc”表示直流量，“DC”表示交流量；V
dc
、V
DC
分别为直流电压和交流电压，V
dcR
、V
DCR
分别为整流侧直流电压和整流侧交流电压；I
dc
为直流电流；X
c
为换流变压器的等值电抗；k为换流变压器的变比；α、β、分别为触发角、超前触发角、整流侧功率因数角、逆变侧功率因数角；P
dc
和Q
dc
分别为直流有功和直流无功；
[0018]对于直流线路，采用RL模型：
[0019][0020]式中，R
d
和L
d
分别为线路电阻和电感；
[0021]假设闭锁期间，直流逆变侧电压V
DCI
恒定，超前触发角β恒定，直流为定功率控制，建立直流控制系统模型如下：
[0022][0023]其中，下标“mes”代表测量量，x1表示PI控制状态量；T
vp
、T
Idcmes
、T
IdR
分别为定功率控制中直流电压测量时间常数、直流电流测量时间常数和定电流PI控制积分常数；P
ref
为直流有功功率参考值；V
dcRmes
为整流侧直流电压测量值，I
dcmes
为直流电流测量值；
[0024](2)构建交流系统模型
[0025]同步机是传统交流电网的主要构成，为整个电网提供电压支撑。
[0026]交流系统模型主要由同步机构成，忽略同步机凸极效应，同步机采用含一阶励磁系统的三阶暂态模型，具体数学模型如下：
[0027][0028]其中，δ、ω
s
、ω分别为同步机功角向量、标称转速和实际转速向量；T
j
、T
′
do
、T
A
分别为惯性时间常数对角矩阵、发电机d轴开路时间常数对角矩阵和调节器时间常数对角矩阵；E
′
q
为发电机内电势对角矩阵；i
d
和i
q
分别为发电机d轴、q轴电流向量；D
ω
为负荷
‑
阻尼常数对角矩阵；X
d
和X
′
d
分别为d轴电抗矩阵和d轴暂态电抗对角矩阵；E
f
是励磁电压向量；K
A
分别表示一阶励磁系统比例系数对角矩阵，U
ref
、V
G
分别为电压调节内部参考值对角矩阵和发电机机端电压；运算符表示哈达玛积，即向量或矩阵对应元素乘积；
[0029](3)建立交直流系统网络方程模型
[0030]负荷采用恒阻抗模型，形成如下交直流系统网络方程：
[0031][0032]其中，导纳矩阵Y由Y
GG
、Y
GD
、Y<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建直流输电系统模型、交流系统模型以及交直流系统网络方程模型；S2：结合过电压动态双时标特性，对交直流系统进行奇异摄动降阶解耦，建立交直流奇异摄动模型；S3：慢时标下，建立主导电压上升的电压子系统模型，以及等效静态负荷模型；S4：根据慢系统线性化解析方法计算闭锁上升过电压的动态最大值；S5：对步骤S4超过设定阈值的过电压进行调节，通过系统功角与相角差矩阵判断电压子系统是否满足单调系统理论，若满足，电压关于同步机动态参数具有单调保序特征，从而通过调整同步机动态参数以平滑单调抑制过电压水平。2.根据权利要求1所述的一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：(1)构建传统LCC直流输电系统的直流准稳态模型、直流线路模型及直流控制系统模型：构建标幺化后的直流准稳态模型，具体方程如下：式中，下标“R”“I”分别代表整流侧与逆变侧，下标“dc”表示直流量，“DC”表示交流量；V
dc
、V
DC
分别为直流电压和交流电压，V
dcR
、V
DCR
分别为整流侧直流电压和整流侧交流电压；I
dc
为直流电流；X
c
为换流变压器的等值电抗；k为换流变压器的变比；α、β、为换流变压器的等值电抗；k为换流变压器的变比；α、β、分别为触发角、超前触发角、整流侧功率因数角、逆变侧功率因数角；P
dc
和Q
dc
分别为直流有功和直流无功；对于直流线路，采用RL模型：式中，R
d
和L
d
分别为线路电阻和电感；假设闭锁期间，直流逆变侧电压V
DCI
恒定，超前触发角β恒定，直流为定功率控制，建立直流控制系统模型如下：其中，下标“mes”代表测量量，x1表示PI控制状态量；T
vp
、T
Idcmes
、T
IdR
分别为定功率控制中直流电压测量时间常数、直流电流测量时间常数和定电流PI控制积分常数；P
ref
为直流有
功功率参考值；V
dcRmes
为整流侧直流电压测量值，I
dcmes
为直流电流测量值；(2)构建交流系统模型交流系统模型主要由同步机构成，忽略同步机凸极效应，同步机采用含一阶励磁系统的三阶暂态模型，具体数学模型如下：其中，δ、ω
s
、ω分别为同步机功角向量、标称转速和实际转速向量；T
j
、T
′
do
、T
A
分别为惯性时间常数对角矩阵、发电机d轴开路时间常数对角矩阵和励磁调节器时间常数对角矩阵；E
′
q
为发电机内电势对角矩阵；i
d
和i
q
分别为发电机d轴、q轴电流向量；D
ω
为阻尼常数对角矩阵；X
d
和X
′
d
分别为d轴电抗矩阵和d轴暂态电抗对角矩阵；E
f
是励磁电压向量；K
A
分别表示一阶励磁系统比例系数对角矩阵，U
ref
、V
G
分别为电压调节内部参考值和发电机机端电压向量；运算符表示哈达玛积，即向量或矩阵对应元素乘积；(3)建立交直流系统网络方程模型负荷采用恒阻抗模型，形成如下交直流系统网络方程：其中，导纳矩阵Y由Y
GG
、Y
GD
、Y
DG
、Y
DD
四个分块子矩阵构成，下标“G”对应发电机节点，下标“D”对应直流节点；分别代表复数形式同步机机端电压与同步机注入电流向量；分别表示复数形式直流整流站电压与直流整流站注入电流向量；同步机的接口方程采用经典模型：并展开直流整流站注入电流向量，交直流系统网络方程具体转化为：式中，Y
′
GG
合并有同步机暂态电抗，Y
′
GG
＝Y
GG
‑
jX
′
d
，j指代虚部；直流整流站注入电流向量表示为表示为是整流站注入功率，上划线
“‑”
表示对复数相量取共轭，“./”运算表示向量对应元素相除；e
jδ
表示对向量δ每个元素分别取指数值，即3.根据权利要求1所述的一种调节多直流送端闭锁时动态过电压的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：利用奇异摄动理论将直流输电系统、交流系统分解为快系统和慢系统，依据时间常数划分快慢状态量，建立如下交直流奇异摄动模型：式中，f
slow
，f
fast
分别指代慢、快状态量的微分方程；慢、快状态量分别为
式中，T
′
fasst
＝T
fast
/ε，小参数ε取ε＝L
d
；快系统时间常数T
fast
包括励磁调节器时间常数T
A
、直流电流测量时间常数T
Idcmes
、定电流PI控制积分常数T
IdR
以及线路电感L
d
；慢系统时间常数T
slow
包括惯性时间常数T
j
、发电机d轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振垚，廖圣文，方若水，甘德强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：