專利名稱：一種三相不對(duì)稱交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，屬于交直流電カ系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電力系統(tǒng)中新型的響應(yīng)快速的控制器和裝置廣泛投運(yùn)，特別是多回直流輸電工程投運(yùn)和諸多大容量電カ電子裝置在電網(wǎng)投運(yùn)，電カ系統(tǒng)中多種暫態(tài)過(guò)程緊密耦合，典型的包含電磁暫態(tài)過(guò)程和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程。對(duì)此，電磁暫態(tài)/機(jī)電暫態(tài)混合仿真技術(shù)將電磁和機(jī)電等暫態(tài)過(guò)程結(jié)合起來(lái)統(tǒng)一考慮，在一次仿真中對(duì)二者同時(shí)進(jìn)行模擬。目前混合仿真技術(shù)研究大多只考慮交流電網(wǎng)三相対稱的情況，現(xiàn)有的包含混合仿真功能的商業(yè)化電力系統(tǒng)仿真軟件和仿真器在混合仿真模塊中仍缺乏交流電網(wǎng)三相不對(duì)稱時(shí)的接ロ處理方法，如德國(guó)西門子的NET0MAC軟件中混合仿真模塊和加拿大RTDS技術(shù)公司的RTDS中FDNE模塊尚未考慮電磁暫態(tài)、機(jī)電暫態(tài)子網(wǎng)接口中仍無(wú)法處理不對(duì)稱分量。在實(shí)際電カ系統(tǒng)中，単相故障等發(fā)生幾率遠(yuǎn)大于三相對(duì)稱故障，并且在交直流系統(tǒng)相互影響和直流系統(tǒng)特性研究中，非対稱故障在一定情況下更容易引起直流系統(tǒng)換相失敗，交流系統(tǒng)的非対稱狀況對(duì)直流系統(tǒng)的行為特性也非常重要。混合仿真技術(shù)在處理交直流系統(tǒng)三相不對(duì)稱エ況方面的局限性，嚴(yán)重影響了混合仿真的準(zhǔn)確性和有效應(yīng)用。因此，有必要采用恰當(dāng)方法處理交流電網(wǎng)三相非対稱エ況下混合仿真子網(wǎng)間非対稱分量的接ロ交互，用以保證混合仿真中交流電網(wǎng)三相不對(duì)稱故障、擾動(dòng)和エ況下混合仿真有效接ロ。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出ー種三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，以有效處理交直流電カ系統(tǒng)交流三相不對(duì)稱情況下混合仿真電磁暫態(tài)、機(jī)電暫態(tài)兩側(cè)的接ロ交互，保證混合仿真中接ロ電氣量非対稱分量能夠正確交互。本發(fā)明提出的三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，包括以下步驟(I)在交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處，將交直流電カ系統(tǒng)分成交流側(cè)子網(wǎng)和直流側(cè)子網(wǎng)，其中的直流側(cè)子網(wǎng)包括直流線路、換流器、換流變壓器、濾波器和直流控制系統(tǒng)，交流側(cè)子網(wǎng)包括交流系統(tǒng)，將交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處定義為分網(wǎng)接ロ；(2)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)交流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算，具體過(guò)程包括以下步驟(2-1)交流側(cè)子網(wǎng)從直流側(cè)子網(wǎng)的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果中提取分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值；(2-2)交流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值，通過(guò)離散傅里葉變換，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)電流的三相基波相量，并通過(guò)三相相量向三序量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三序電流，包括接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流，記為ip ;(3-3)交流側(cè)子網(wǎng)將上述接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流分別作為機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算中的正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)和零序網(wǎng)的接ロ三序電流； (3)采用電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，具體過(guò)程包括以下步驟(3-1)直流側(cè)子網(wǎng)從交流側(cè)子網(wǎng)的機(jī)電暫態(tài)仿真結(jié)果中提取交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓i^.12Q，直流側(cè)子網(wǎng)采用單位電流注入法，根據(jù)交流側(cè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和支路的參數(shù)，計(jì)算交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序端ロ
阻抗 Zeqjl20 ；(3-2)直流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓 %1Μ、正序、負(fù)序和零序的三序端ロ阻抗Zrabl2tl和接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流
I,/1Μ，計(jì)算分網(wǎng)接ロ處的母線電壓Up21j:U1J ]20 = Vetjl20 — Z4^120If120(3-3)直流側(cè)子網(wǎng)對(duì)上述分網(wǎng)接ロ處的母線電壓進(jìn)行三序量向三相量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處母線電壓的三相基波相量，再將該三相基波相量合成為分網(wǎng)接ロ母線電壓的三相電壓瞬時(shí)值，該三相電壓瞬時(shí)值作為直流側(cè)子網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算的分網(wǎng)接ロ處的母線電壓。本發(fā)明提出的三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，其優(yōu)點(diǎn)是，完善了被仿真交直流電カ系統(tǒng)的交流側(cè)子網(wǎng)三相非対稱情況下混合仿真接ロ交互對(duì)基波非對(duì)稱分量的處理，使得混合仿真接ロ交互中直流側(cè)子網(wǎng)的影響能夠有效反映到交流側(cè)負(fù)序和零序網(wǎng)，同時(shí)保證了直流側(cè)子網(wǎng)計(jì)算中分網(wǎng)接ロ處邊界電壓包含了完整的非対稱信息，從而克服了傳統(tǒng)混合仿真對(duì)交流系統(tǒng)非對(duì)稱故障、擾動(dòng)或エ況過(guò)于簡(jiǎn)化處理接ロ交互的缺陷，提高了交直流電カ系統(tǒng)混合仿真的精度和適應(yīng)性。本發(fā)明方法易于實(shí)現(xiàn)，突出混合仿真接ロ交互的物理過(guò)程，是處理交直流電カ系統(tǒng)交流側(cè)子網(wǎng)三相不對(duì)稱情況下接ロ交互的實(shí)用方法。


圖I是本發(fā)明方法涉及的交直流系統(tǒng)三相不對(duì)稱混合仿真交互接ロ系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，涉及的系統(tǒng)示意圖如圖I所示，該方法包括以下步驟(I)在交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處，將交直流電カ系統(tǒng)分成交流側(cè)子網(wǎng)和直流側(cè)子網(wǎng)，其中的直流側(cè)子網(wǎng)包括直流線路、換流器、換流變壓器、濾波器和直流控制系統(tǒng)，交流側(cè)子網(wǎng)包括交流系統(tǒng)，將交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處定義為分網(wǎng)接ロ ；交流側(cè)子網(wǎng)和機(jī)電側(cè)子網(wǎng)以固定的時(shí)間間隔交換并處理分網(wǎng)接ロ位置的電氣量信息，該時(shí)間間隔在本發(fā)明專利中取10毫秒；
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(2)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)交流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算，如清華大學(xué)柔性交流輸電系統(tǒng)研究所開(kāi)發(fā)的超實(shí)時(shí)機(jī)電暫態(tài)仿真軟件(TH-STBLT)，機(jī)電暫態(tài)仿真中交流側(cè)子網(wǎng)分解為正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)和零序網(wǎng)三個(gè)子網(wǎng)，在機(jī)電暫態(tài)仿真求解三序網(wǎng)過(guò)程中，對(duì)側(cè)直流側(cè)子網(wǎng)通過(guò)三序電流源等值，具體過(guò)程包括以下步驟(2-1)交流側(cè)子網(wǎng)從直流側(cè)子網(wǎng)的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果中提取分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值；(2-2)交流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值，通過(guò)離散傅里葉變換，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)電流的三相基波相量，并通過(guò)三相相量向三序量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三序電流，包括接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流，記為(2-3)交流側(cè)子網(wǎng)將上述接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流Ip2,,分別作為機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算中的正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)和零序網(wǎng)的接ロ三序電流；此后，交流側(cè)子網(wǎng)按照機(jī)電暫態(tài)仿真常規(guī)方法求解三序網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)電壓方程，繼而進(jìn)行常規(guī)機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算。(3)采用電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，如加拿大RTDS技術(shù)公司的電カ系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(RTDS)，具體過(guò)程包括以下步驟(3-1)直流側(cè)子網(wǎng)從交流側(cè)子網(wǎng)的機(jī)電暫態(tài)仿真結(jié)果中提取交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓，直流側(cè)子網(wǎng)采用單位電流注入法，根據(jù)交流側(cè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和支路的參數(shù)，計(jì)算交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序端ロ阻抗 Zeqjl20 ;(3-2)直流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓Uaiuo、正序、負(fù)序和零序的三序端ロ阻抗Zeq.12(l和接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流Ιρο，計(jì)算分網(wǎng)接ロ處的母線電壓Uijj20:U(y )20 - Ue^20 - Z嘩U0I".1M(3-3)直流側(cè)子網(wǎng)對(duì)上述分網(wǎng)接ロ處的母線電壓U,進(jìn)行三序量向三相量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處母線電壓的三相基波相量，再將該三相基波相量合成為分網(wǎng)接ロ母線電壓的三相電壓瞬時(shí)值，該三相電壓瞬時(shí)值作為直流側(cè)子網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算的分網(wǎng)接ロ處的母線電壓。此后，直流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行常規(guī)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算。本發(fā)明方法的基本原理是，針對(duì)高壓直流系統(tǒng)在交流側(cè)三相不對(duì)稱情況，當(dāng)換流變壓器交流母線電壓跌落和波動(dòng)在一定范圍內(nèi)吋，從兩端換流變壓器交流母線看進(jìn)直流輸電系統(tǒng)，其三序網(wǎng)近似解耦?；诖?，本發(fā)明提出了三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法基于常規(guī)緩和仿真交流-直流分網(wǎng)方式、并行交互時(shí)序，電磁、機(jī)電暫態(tài)側(cè)系統(tǒng)計(jì)算中對(duì)側(cè)系統(tǒng)分別采用計(jì)及接ロ電流的理想電壓源和電流源模型，在接ロ模型等值參數(shù)交互和實(shí)現(xiàn)中，電流源模型三序解耦、分別注入機(jī)電暫態(tài)側(cè)三個(gè)序網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.ー種三相不對(duì)稱交直流電カ系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)在交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處，將交直流電カ系統(tǒng)分成交流側(cè)子網(wǎng)和直流側(cè)子網(wǎng)，其中的直流側(cè)子網(wǎng)包括直流線路、換流器、換流變壓器、濾波器和直流控制系統(tǒng)，交流側(cè)子網(wǎng)包括交流系統(tǒng)，將交直流電カ系統(tǒng)的直流輸電換流變壓器交流母線處定義為分網(wǎng)接ロ； (2)采用機(jī)電暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)交流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算，具體過(guò)程包括以下步驟 (2-1)交流側(cè)子網(wǎng)從直流側(cè)子網(wǎng)的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果中提取分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值； (2-2)交流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三相電流瞬時(shí)值，通過(guò)離散傅里葉變換，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)電流的三相基波相量，并通過(guò)三相相量向三序量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處直流側(cè)子網(wǎng)注入交流側(cè)子網(wǎng)的三序電流，包括接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流，記為I (3-3)交流側(cè)子網(wǎng)將上述接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流ん,』分別作為機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算中的正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)和零序網(wǎng)的接ロ三序電流； (3)采用電磁暫態(tài)仿真系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)子網(wǎng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，具體過(guò)程包括以下步驟 (3-1)直流側(cè)子網(wǎng)從交流側(cè)子網(wǎng)的機(jī)電暫態(tài)仿真結(jié)果中提取交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓，直流側(cè)子網(wǎng)采用單位電流注入法，根據(jù)交流側(cè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和支路的參數(shù)，計(jì)算交流側(cè)子網(wǎng)在分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序端ロ阻抗7 .z^eq, 120(3-2)直流側(cè)子網(wǎng)根據(jù)上述分網(wǎng)接ロ處的正序、負(fù)序和零序的三序電壓Uajl2fl、正序、負(fù)序和零序的三序端ロ阻抗Zeqa2tl和接ロ正序電流、接ロ負(fù)序電流和接ロ零序電流，計(jì)算分網(wǎng)接ロ處的母線電壓20 = Ue j20 — Zeq,120If120(3-3)直流側(cè)子網(wǎng)對(duì)上述分網(wǎng)接ロ處的母線電壓1^12(1進(jìn)行三序量向三相量的轉(zhuǎn)化，得到分網(wǎng)接ロ處母線電壓的三相基波相量，再將該三相基波相量合成為分網(wǎng)接ロ母線電壓的三相電壓瞬時(shí)值，該三相電壓瞬時(shí)值作為直流側(cè)子網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算的分網(wǎng)接ロ處的母線電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三相不對(duì)稱交直流電力系統(tǒng)的混合實(shí)時(shí)仿真方法，屬于交直流電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域。在交直流電力系統(tǒng)的輸電換流變壓器交流母線處，將交直流電力系統(tǒng)分成交流側(cè)子網(wǎng)和直流側(cè)子網(wǎng)，交流側(cè)子網(wǎng)將分網(wǎng)接口處的接口正序電流、接口負(fù)序電流和接口零序電流作為機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算中的正序網(wǎng)、負(fù)序網(wǎng)和零序網(wǎng)的接口三序電流；直流側(cè)子網(wǎng)對(duì)分網(wǎng)接口處的母線電壓進(jìn)行處理后得到三相電壓瞬時(shí)值，并將該值作為直流側(cè)子網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真計(jì)算的分網(wǎng)接口處的母線電壓。本發(fā)明混合實(shí)時(shí)仿真方法，提高了交直流電力系統(tǒng)混合仿真的精度和適應(yīng)性，突出混合仿真接口交互的物理過(guò)程，是處理交直流電力系統(tǒng)交流側(cè)子網(wǎng)三相不對(duì)稱情況下接口交互的實(shí)用方法。
文檔編號(hào)H02J5/00GK102916450SQ20121037170
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者歐開(kāi)健, 張樹卿, 胡云, 張春朋, 童陸園, 梁旭, 張偉杰 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)