本發(fā)明屬于特高壓直流輸電系統(tǒng)分析與建模領域，涉及特高壓逆變站運行機理與建模方法。

背景技術：

直流輸電具有輸電距離不受同步運行的穩(wěn)定極限限制、輸送容量大、線路損耗小、功率調節(jié)快速靈活、非同步聯(lián)絡能力強等優(yōu)點，在我國具有非常廣闊的發(fā)展前景。相比高壓直流輸電，特高壓直流輸電(±800kv)，具有輸電距離更長、輸送容量更大、線損更低、運行方式更為靈活等優(yōu)勢，目前正在我國快速發(fā)展。高壓/特高壓直流輸電在帶來巨大效益的同時，也給兩端交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來諸多不利的影響。直流輸電系統(tǒng)對于受端交流系統(tǒng)表現(xiàn)為不良的無功負荷特性，在為受端交流系統(tǒng)提供電力的同時，其消耗的無功功率約占傳輸功率的40％一60％，這無疑給受端交流系統(tǒng)的電壓支撐帶來了巨大的壓力，使得大干擾后交直流系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性面臨嚴峻考驗，尤其在受端交流系統(tǒng)相對較弱時更是如此。換相失敗是直流輸電系統(tǒng)運行中最常見的故障之一，它將導致直流電流增大，直流輸送功率減少，嚴重時將導致直流閉鎖，這會引起交流通道上大規(guī)模的功率轉移，可能威脅受端交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性?？傊?，直流系統(tǒng)嵌入交流系統(tǒng)運行后將使受端電網面臨諸多挑戰(zhàn)，嚴重時可能威脅到整個交直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，有必要從安全穩(wěn)定的角度對交直流電力系統(tǒng)的運行進行全面的分析。

研究交直流系統(tǒng)的各種性態(tài)，需要建立準確的仿真模型。傳統(tǒng)的直流準穩(wěn)態(tài)模型和機電過程的模型己經不能滿足精確分析大系統(tǒng)的需要，

一方面，現(xiàn)有的大部分商業(yè)仿真軟件的直流換流站模型都很粗糙，大部分網、省公司的仿真軟件版本，都沒有配置相應的換流站模型；有的機電暫態(tài)仿真軟件采用準穩(wěn)態(tài)模型描述換流站，然而準穩(wěn)態(tài)在系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時并不適用。另一方面，現(xiàn)有仿真模型，都是基于電磁過程的，考慮了詳細的半導體器件開關特性，以及詳細的控制器模型，計算步長小，計算量大，不適合大電網機電暫態(tài)過程及電壓穩(wěn)定問題的仿真研究。針對這方面的問題，國內清華大學、中國電科院等單位也正在從事這方面的研究工作。比如，清華大學之前就在嘗試用rtds和matlab進行混合仿真，提高仿真的速度，但是其換流器模型仍然用的是詳細模型。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，為了更為精準地描述特高壓逆變站在大擾動下的功率波動特性，同時使得所建模型有一定的適用性和易用性，本發(fā)明提出一種受端大電網和特高壓直流系統(tǒng)交互仿真模型建模方法。

為實現(xiàn)上述技術目的，達到上述技術效果，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

如圖1所示，一種受端大電網和特高壓直流系統(tǒng)交互仿真模型建模方法，逆變站的模型結構分解成若干個局部模塊，包括閥組模塊、換流變壓器模塊、無功補償設備模塊和控制器模塊，對所述閥組模塊、換流變壓器模塊、無功補償設備模塊和控制器模塊分別建模；

根據直流系統(tǒng)的運行機理與事件驅動型模型結構，將閥組模塊、換流變壓器模塊、無功補償設備模塊和控制器模塊的模型結構連接，形成整體的逆變站仿真模型，對常數參數進行預先賦值，確定重點參數，通過調節(jié)重點參數，辨識出模型中待辨識參數。

閥組模塊、換流變壓器模塊和無功補償設備模塊都與控制器模塊連接，閥組模塊與換流變壓器模塊相連接，換流變壓器模塊與無功補償設備模塊相連接。換流母線電壓u1通過換流變壓器模塊后，將交流電壓u輸入到換流閥組；控制器確定換流閥組和換流變壓器模塊的參數；換流閥組輸出有功功率p和無功功率q，有功功率p和無功功率q輸入到換流變壓器模塊，換流變壓器模塊的輸出為換流變壓器模塊的有功功率ps和無功損耗后的無功功率qs1；換流母線電壓u1輸入到無功補償設備，無功補償設備輸出無功功率qs2；無功補償設備的輸出無功功率qs2與換流變壓器模塊的輸出無功功率qs1加和為直流系統(tǒng)傳輸到交流系統(tǒng)的無功功率qs。

閥組模塊用于仿真逆變站中閥組在大擾動下的功率波動特性；

特高壓逆變站存在兩個極，每個極有兩個閥組，每個閥組為一個十二脈動的換流器；分析換流器逆變側直流電壓ud和直流電流idc變化，計算換流器的有功功率p和無功功率q，即換流閥組輸出有功功率p和無功功率q；

通過公式p＝ud*idc計算換流器的有功功率p；

無功功率q通過公式q＝p*tanγ計算，式中γ為熄弧角。

換流變壓器模塊ht用于仿真換流變壓器輸入功率p與輸出功率ps的關系；

ps＝λ1p，(1)

其中，ps為換流變壓器的輸出功率，p為換流變壓器輸入功率；

λ1表示換流變壓器有功功率的輸入輸出關系系數；λ2表示換流變壓器的無功功率損耗；k為換流變壓器變比；qs為換流變壓器輸出的無功功率，q為換流變壓器輸入的無功功率。

無功補償設備模塊用于逆變站中無功補償設備的功率描述，無功補償設備包括濾波器和動態(tài)無功補償設備svg；

qf＝qc(3)

qg＝nqf,n＜1(5)

濾波器的無功功率qf為濾波器主電容器的無功功率qc，主電容器發(fā)出的無功功率qc與主電容器端電壓有關，通過式(4)計算主電容器的無功功率qc；

動態(tài)無功補償設備svg的無功功率qg通過式(5)計算，公式(5)用于描述無功補償設備svg與濾波器(交流濾波器)的容量配置關系；

其中，us為交流系統(tǒng)電壓，ci為第i個濾波器(交流濾波器)的電容值，i和m為交流濾波器編號，i＝1,2,...m，n為動態(tài)無功補償設備svg的無功功率與濾波器的無功功率的比例系數。

控制器模塊依據事件驅動策略仿真控制器；

對于不同的擾動，控制器模塊進行狀態(tài)判定，根據狀態(tài)判定結果產生相應的動作行為，驅動仿真模型結構改變，使得逆變站功率輸出發(fā)生變化；

對于交流系統(tǒng)故障，以交流系統(tǒng)的正序電壓衡量交流系統(tǒng)故障的嚴重程度；

以速斷保護能否將交流系統(tǒng)故障切除作為交流系統(tǒng)狀態(tài)變化以及仿真模型結構變化的判據，若速斷保護能夠正確動作切除交流系統(tǒng)故障，則閥組不會被閉鎖；若速斷保護沒有正確動作切除交流系統(tǒng)故障，則閥組被閉鎖；

綜合交流系統(tǒng)正序電壓u1、逆變側直流電壓ud和直流電流id判斷直流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，執(zhí)行控制器控制策略；

控制器控制策略為表1，其中，u1為交流系統(tǒng)正序電壓，t1為速斷保護動作時限，ud為逆變側直流電壓，udn為額定直流電壓，idn為額定直流電流；udi為不同故障狀態(tài)下逆變側直流電壓，idci不同故障狀態(tài)下為直流電流，i＝1,2,3,4。

表1控制器控制策略

重點參數包括正序電壓幅值、正序電壓持續(xù)時間u1(t)、直流系統(tǒng)初始功率p0、極功率轉移功能是否投入和無功補償設備的投切。

待辨識參數包括有功功率限幅值、限幅時間、有功功率恢復爬坡率、有功功率閉鎖系數、無功功率沖擊幅度、無功功率恢復爬坡率、閉鎖后無功沖擊值和交流濾波器全部切除后逆變站輸出的無功功率。

常數參數包括換流器的時間常數。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明忽略了閥組中半導體器件的開關過程，簡化了逆變站的控制方式，使得模型得到簡化；根據逆變站的組成，將逆變站的模型結構分解成若干個子模塊，包括閥組模塊、換流變壓器模塊、無功補償設備模塊、控制器模塊，對上述四個模塊分別建模；根據直流系統(tǒng)的運行機理與事件驅動的總體模型結構，將上述四個模塊結構連接在一起，形成整體的逆變站模型；依據事件驅動思想設計了模型控制器，使得模型輸出有一定的精準度，同時有利于實現(xiàn)交直流系統(tǒng)交互仿真。與傳統(tǒng)的電磁暫態(tài)模型相比，該模型更為簡單，使用該模型計算量?。幌噍^于現(xiàn)有的直流逆變站模型而言，該模型對大擾動下逆變站的功率描述更為精準，模型不會過于復雜，有一定的適用性和易用性，適用于大電網的機電暫態(tài)仿真分析，具有足夠的精度能夠準確反映大擾動下逆變站的功率變化，忽略直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)使其能夠用于大電網的機電過程仿真，從而為大型系統(tǒng)的精確分析和采取的一些相關措施提供有力的手段和工具。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種受端大電網和特高壓直流系統(tǒng)交互仿真模型建模方法結構圖；

圖2是本發(fā)明的事件驅動策略原理圖；

附圖的標記含義如下：

p：閥組輸出的有功功率；q：閥組輸出的無功功率；ps：注入交流系統(tǒng)的有功功率；qs：注入交流系統(tǒng)的無功功率；u：交流電壓；us：交流系統(tǒng)電壓；k：換流變壓器變比；kref：換流變壓器變比參考值；idc：直流電流；hc：閥組；ht：換流變壓器；hf：濾波器；hg：svg；f：交流系統(tǒng)頻率。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。

如圖1，一種受端大電網和特高壓直流系統(tǒng)交互仿真模型建模方法，逆變站的模型結構分解成若干個局部模塊，包括閥組模塊hc、換流變壓器模塊ht、無功補償設備模塊hf、hg和控制器模塊，對所述閥組模塊hc、換流變壓器模塊ht、無功補償設備模塊hf、hg和控制器模塊分別建模；

根據直流系統(tǒng)的運行機理與事件驅動型模型結構，將閥組模塊hc、換流變壓器模塊ht、無功補償設備模塊hf、hg和控制器模塊的模型結構連接，形成整體的逆變站仿真模型，對常數參數(影響力較弱或難以獲取的參數)進行預先賦值，確定重點參數，通過調節(jié)重點參數，閥組模塊hc、換流變壓器模塊ht和無功補償設備模塊hf、hg都與控制器模塊連接，閥組模塊hc與換流變壓器模塊ht相連接，換流變壓器模塊ht與無功補償設備模塊hf、hg相連接。

換流母線電壓u1通過換流變壓器模塊ht后，將交流電壓u輸入到換流閥組hc；控制器確定換流閥組hc和換流變壓器模塊ht的參數；換流閥組hc輸出有功功率p和無功功率q，有功功率p和無功功率q輸入到換流變壓器模塊ht，換流變壓器模塊ht的輸出為換流變壓器模塊ht的有功功率ps和無功損耗后的無功功率qs1；換流母線電壓u1輸入到無功補償設備hf、hg，無功補償設備hf、hg輸出無功功率qs2；無功補償設備hf、hg的輸出無功功率qs2與換流變壓器模塊ht的輸出無功功率qs1加和為直流系統(tǒng)傳輸到交流系統(tǒng)的無功功率qs。

辨識出模型中待辨識參數。重點參數包括正序電壓幅值、正序電壓持續(xù)時間u1(t)、直流系統(tǒng)初始功率p0、極功率轉移功能是否投入和無功補償設備的投切。

待辨識參數包括有功功率限幅值、限幅時間、有功功率恢復爬坡率、有功功率閉鎖系數、無功功率沖擊幅度、無功功率恢復爬坡率、閉鎖后無功沖擊值和交流濾波器全部切除后逆變站輸出的無功功率。

影響力較弱或難以獲取的參數為常數參數，包括換流器的時間常數。

閥組模塊hc用于仿真逆變站中閥組在大擾動下的功率波動特性；

特高壓逆變站存在兩個極，每個極有兩個閥組，每個閥組為一個十二脈動的換流器；分析換流器逆變側直流電壓ud和直流電流idc變化，計算換流器的有功功率p和無功功率q；

通過公式p＝ud*idc計算換流器的有功功率p；

無功功率q通過公式q＝p*tanγ計算，式中γ為熄弧角。

換流變壓器模塊ht用于仿真換流變壓器輸入功率p與輸出功率ps的關系；

ps＝λ1p，(1)

其中，ps為換流變壓器的輸出功率，p為換流變壓器輸入功率；

λ1表示換流變壓器有功功率的輸入輸出關系系數；λ2表示換流變壓器的無功功率損耗；k為換流變壓器變比；qs為換流變壓器輸出的無功功率，q為換流變壓器輸入的無功功率。

無功補償設備模塊(hf、hg)用于逆變站中無功補償設備的功率描述，無功補償設備包括濾波器hf和動態(tài)無功補償設備svg(hg)；

qf＝qc(3)

qg＝nqf,n＜1(5)

濾波器hf的無功功率qf為濾波器主電容器的無功功率qc，主電容器發(fā)出的無功功率qc與主電容器端電壓有關，通過式(4)計算主電容器的無功功率qc；

動態(tài)無功補償設備svg的無功功率qg通過式(5)計算，公式(5)用于描述無功補償設備svg與濾波器(交流濾波器)的容量配置關系；

其中，us為交流系統(tǒng)電壓，ci為第i個濾波器(交流濾波器)的電容值，i和m為交流濾波器編號，i＝1,2,...m，n為動態(tài)無功補償設備svg的無功功率與濾波器hf的無功功率的比例系數。

如圖2，控制器模塊依據事件驅動策略仿真控制器；

對于不同的擾動，控制器模塊進行狀態(tài)判定，根據狀態(tài)判定結果產生相應的動作行為，驅動仿真模型結構改變，使得逆變站功率輸出發(fā)生變化；

對于交流系統(tǒng)故障，以交流系統(tǒng)的正序電壓衡量交流系統(tǒng)故障的嚴重程度；

以速斷保護能否將交流系統(tǒng)故障切除作為交流系統(tǒng)狀態(tài)變化以及仿真模型結構變化的判據，若速斷保護能夠正確動作切除交流系統(tǒng)故障，則閥組不會被閉鎖；若速斷保護沒有正確動作切除交流系統(tǒng)故障，則閥組被閉鎖；

綜合交流系統(tǒng)正序電壓u1、逆變側直流電壓ud和直流電流id判斷直流系統(tǒng)是否發(fā)生故障，執(zhí)行控制器控制策略；

控制器控制策略為表1，其中，u1為交流系統(tǒng)正序電壓，t1為速斷保護動作時限，ud為逆變側直流電壓，udn為額定直流電壓，idn為額定直流電流；udi為不同故障狀態(tài)下逆變側直流電壓，idci不同故障狀態(tài)下為直流電流，i＝1,2,3,4。

表1控制器控制策略

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。