考慮直流控制策略對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是一種考慮直流控制策略對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響分析方法，屬于 電力系統(tǒng)運行可靠性與廣域安全防御領域。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)逐漸朝著區(qū)域互聯(lián)與交直流并重模式的方向發(fā)展，電力系統(tǒng)的 安全與穩(wěn)定面臨著越來越嚴峻的壓力。例如，高壓直流輸電在傳輸有功的同時也需要消耗 大量的無功。由于直流系統(tǒng)含有大量的電力電子元件，大擾動后的直流系統(tǒng)無功不但響應 快、幅值大，而且具有與直流控制強相關的特點。當直流系統(tǒng)接于弱交流系統(tǒng)時，如果直流 控制方式選擇不當或控制參數(shù)設置不合理，大擾動后的直流系統(tǒng)將從交流系統(tǒng)吸收大量的 無功，并最終導致暫態(tài)電壓失穩(wěn)。
[0003] 同時，由于直流控制非線性強、響應特性復雜，其對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響 機理和途徑尚未形成清晰明確的結(jié)論，嚴重制約著交直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
[0004] 目前，直流控制策略對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性影響的相關研究工作主要集中在兩 個方面：1)基于機電暫態(tài)仿真平臺研究直流控制對大規(guī)模交直流系統(tǒng)無功-電壓特性的影 響；2)基于電磁暫態(tài)仿真平臺研究直流控制的響應特性、參數(shù)優(yōu)化W及控制方式對直流系 統(tǒng)無功等直流電氣量的影響。
[0005] 但目前的仿真研究尚沒有深入到直流詳細模型和詳細控制，僅立足于直流準穩(wěn)態(tài) 模型，尋找反映直流電氣量變化的一般性規(guī)律。但在反映故障動態(tài)過程中的特征與細節(jié)、反 映直流控制對無功動態(tài)特性的影響運兩方面，缺乏有效分析方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明旨在提供一種考慮直流控制策略對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響分析方 法，本發(fā)明是一種簡單且較為精確的工程實用方法，對于把握直流控制對直流系統(tǒng)無功動 態(tài)特性的影響機理、途徑和規(guī)律W及增強交直流系統(tǒng)的智能運行與柔性控制具有重大的現(xiàn) 實意義。
[0007] 本發(fā)明采用的技術方案是:本發(fā)明考慮直流控制策略對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的 影響分析方法，包括有如下步驟：
[0008] 1)確定影響直流系統(tǒng)無功動態(tài)的因素；
[0009] 根據(jù)直流系統(tǒng)準穩(wěn)態(tài)方程，直流系統(tǒng)消耗的無功可W由式(1)求得：
Cl)
[0011]由式（1)可知，直流系統(tǒng)無功隨著換流母線電壓、直流電流和觸發(fā)角的增大而增 加，因此，任何造成上述=個變量變化的操作或擾動都會引起直流系統(tǒng)無功的動態(tài)響應； [001。 2)利用PSCAD/EMTDC基于實際參數(shù)建立包含詳細直流控制的直流系統(tǒng)模型；
[0013] 考察直流控制對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響，對交流系統(tǒng)采用簡化模型即電壓 源串聯(lián)阻抗模型，直流系統(tǒng)采用詳細電磁暫態(tài)模型，接線方式為雙極12脈動，參數(shù)采用實際 直流工程的額定運行參數(shù)；
[0014] 3)提出直流系統(tǒng)遭受擾動時換流器觸發(fā)角保持為受擾前數(shù)值，選擇交流濾波器投 切、功率緊急提升、降功率運行、降壓運行、換流母線故障、直流線路故障和直流換相失敗7 種場景檢驗直流系統(tǒng)無功動態(tài)響應；
[0015] 4)用直流控制方式分析直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性：
[0016] 5)優(yōu)化直流控制參數(shù)，降低換相失敗恢復過程中無功超調(diào)量的影響。
[0017] 本發(fā)明重點分析接入受端交流系統(tǒng)后直流發(fā)生換相失敗的場景下直流系統(tǒng)的無 功動態(tài)響應。本發(fā)明提出利用PSCAD/EMTDC建立基于實際參數(shù)和包含詳細直流控制的直流 系統(tǒng)模型，通過與直流系統(tǒng)固有的無功動態(tài)特性對比，掲示整流側(cè)定電流控制、逆變側(cè)定電 壓控制和定焰弧角控制等對無功動態(tài)特性的影響機理和途徑，并提出針對換相失敗恢復過 程中的無功超調(diào)量的控制規(guī)律。本方法僅需借助PSCAD/EMTDC建立含詳細直流控制的直流 系統(tǒng)模型，對兩端交流系統(tǒng)則可作適當簡化，從而為分析直流控制對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特 性的影響提供了一種簡單且較為精確的工程實用方法，對于把握直流控制對直流系統(tǒng)無功 動態(tài)特性的影響機理、途徑和規(guī)律W及增強交直流系統(tǒng)的智能運行與柔性控制有重大的現(xiàn) 實意義。
【附圖說明】
[0018] 圖1為直流控制的直流系統(tǒng)模型示意圖。
[0019] 圖2為直流控制極控制層控制功能示意圖。
[0020] 圖3為直流電流參考值Idref增加調(diào)制量A Idref來改變電流參考值的幅值和形狀的 示意圖。
【具體實施方式】 [0021 ]實施例；
[0022] 下面對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0023] 1、確定影響直流系統(tǒng)無功動態(tài)的因素。
[0024] 根據(jù)直流系統(tǒng)準穩(wěn)態(tài)方程，直流系統(tǒng)消耗的無功可W由式(1)求得：
CD
[0026] 由式（1)可知，直流系統(tǒng)無功隨著換流母線電壓、直流電流和觸發(fā)角的增大而增 加。因此，任何造成上述=個變量變化的操作或擾動都會引起直流系統(tǒng)無功的動態(tài)響應。
[0027] 2、利用PSCAD/EMTDC基于實際參數(shù)建立包含詳細直流控制的直流系統(tǒng)模型。
[0028] 本發(fā)明主要考察直流控制對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響，對交流系統(tǒng)可采用簡 化模型即電壓源串聯(lián)阻抗模型，直流系統(tǒng)采用詳細電磁暫態(tài)模型，接線方式為雙極12脈動， 參數(shù)采用實際直流工程的額定運行參數(shù)。具體如圖1所示。
[0029] 3、提出直流系統(tǒng)遭受擾動時換流器觸發(fā)角保持為受擾前數(shù)值，選擇交流濾波器投 切、功率緊急提升、降功率運行、降壓運行、換流母線故障、直流線路故障和直流換相失敗7 種場景檢驗直流系統(tǒng)無功動態(tài)響應。
[0030] 4、按下述流程分析直流控制方式對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性：
[0031] 1)整流側(cè)配置定電流控制
[0032] 鑒于定電流控制中的低壓限流器（vol1:age dependent current order limiter, VDCOL)環(huán)節(jié)和瞬時電流控制環(huán)節(jié)對直流電流參考值的大小和恢復特性的重要影響，本發(fā)明 將在PSCAD/EMTDC環(huán)境下的模型中分別采用：
[0033] (1)換流母線故障時整流側(cè)定電流控制(不計及VDC0L);
[0034] (2)換流母線故障時VDCOU不計及瞬時電流控制）；
[0035] (3)換相失敗恢復過程中瞬時電流控制。
[0036] 將上述仿真與不計及相應控制的無功動態(tài)特性對比，獲得定電流控制對直流系統(tǒng) 無功動態(tài)特性的影響結(jié)果。
[0037] 2)逆變側(cè)配置定電壓控制
[0038] 當逆變側(cè)采用定電壓控制時，Ud可表示為：
(2)
[0040] 由式（2)可知，當交流系統(tǒng)遭受擾動而導致UdO下降時，將引起Ud的減小。為了保證 Ud不變，定電壓控制將減小逆變側(cè)的超前觸發(fā)角PW試圖增大山。由式（1)可知，此時直流系 統(tǒng)的功率因數(shù)將增大，從而使直流系統(tǒng)消耗的無功減少。
[0041] 本發(fā)明將在PSCAD/EMTDC環(huán)境下的模型中采用定電壓控制，將仿真與不計及直流 控制時的動態(tài)特性對比，可得逆變側(cè)定電壓控制對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響結(jié)果。
[0042] 3)逆變側(cè)配置定焰弧角控制
[0043] 根據(jù)直流系統(tǒng)的準穩(wěn)態(tài)方程，分析定焰弧角控制的控制目標和控制效果。當逆變 側(cè)采用定焰弧角控制時，焰弧角可表示為：
(3)
[0045] 由式(3)可知，當交流系統(tǒng)擾動導致UdO下降時，為了保持焰弧角丫不變，定焰弧角 控制將增大逆變器的超前觸發(fā)角e。由式（1)可知，此時的功率因數(shù)將減小，直流系統(tǒng)的無功 消耗隨之增加。
[0046] 本發(fā)明將在PSCAD/EMTDC環(huán)境下的模型中采用定焰弧角控制，將仿真與不計及直 流控制時的動態(tài)特性對比，可得逆變側(cè)定焰弧角控制對直流系統(tǒng)無功動態(tài)特性的影響結(jié) 果。
[0047] 5、優(yōu)化直流控制參數(shù)，降低換相失敗恢復過程中無功超調(diào)量的影響。該過程包括：
[0048] 1)確定影響無功超調(diào)量的關鍵控制環(huán)節(jié)，即定焰弧角的PI控制、VD(X)L和瞬時電流 控制功能。
[0049] 2)增大PI調(diào)節(jié)器的比例