本發明專利技術涉及高壓直流輸電系統的仿真建模方法，具體涉及到采用電磁暫態仿真工具PSCAD/EMTDC，尤其涉及一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法。通過建立高壓直流輸電系統精細化的電磁暫態仿真模型，包括高壓直流輸電系統換流站一次系統建模和高壓直流輸電控制保護系統仿真建模，并采用時域仿真法研究次同步振蕩問題，能夠得到系統中各個機械量和電磁量隨時間變化的規律，對于開展與高壓直流輸電相關的次同步振蕩研究具有重要意義。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高壓直流輸電系統的仿真建模方法，具體涉及到采用電磁暫態仿真工具PSCAD/EMTDC，尤其涉及一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法。
技術介紹
由于高壓直流輸電技術在大功率遠距離輸電、區域電網互聯等方面的優勢，在我國電力系統中得到廣泛應用。然而高壓直流輸電系統有可能引起汽輪發電機組的次同步振蕩風險。與高壓直流輸電相關的次同步振蕩是理論研究和工程實踐面臨的重要問題。時域仿真分析是開展次同步振蕩研究的重要手段。次同步振蕩是電磁暫態過程，需要采用電磁暫態仿真工具。高壓直流輸電系統為大功率電力電子裝置，換流閥組開關過程和控制系統較為復雜，并且對次同步振蕩特性具有顯著的影響。因此，建立高壓直流輸電系統精細化的電磁暫態仿真模型對于開展與直流輸電相關的次同步振蕩研究具有重要意義。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出了一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法。一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法，所述方法包括如下建模步驟：S1，高壓直流輸電系統換流站一次系統建模，以母線電壓正序分量Ua,b,c(1)作為鎖相環輸入，得到正序母線電壓相位角θ，作為換流閥觸發角基準值；S2，高壓直流輸電控制保護系統仿真建模，所述高壓直流輸電控制保護系統仿真建模具體包括整流側控制保護系統建模、逆變側控制保護系統建模、換 相失敗預防功能建模、低壓限流功能建模和低壓限流功能協調控制建模。所述整流側控制保護系統建模具體為：將整流側直流電流測量值Id_rec與指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec經過比例積分環節得到整流側觸發超前角βrec，并換算為觸發角指令值αrec。所述逆變側控制保護系統建模具體包括如下建模步驟：S301，將直流電流測量值Id_inv與指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv經過比例積分環節得到逆變側觸發超前角βinv_i；S302，將熄弧角指令值γord與測量值γ的偏差γerr經過比例積分環節，得到逆變側觸發超前角βinv_γ；S303，選取所述逆變側觸發超前角βinv_i與所述逆變側觸發超前角βinv_γ二者中較大者作為逆變側觸發超前角指令值βinv，并換算為逆變側觸發角指令值αinv。所述換相失敗預防功能建模中檢測交流故障的方法具體為：當母線電壓Uabc在兩相靜止坐標上投影的模值|Uαβ|小于閾值Uαβ_thr時，切換開關輸出角度Δαinv。所述閾值Uαβ_thr取值0.85。所述換相失敗預防功能建模中檢測交流故障的方法具體為：當母線零序電壓U0大于預設閾值U0_thr時，比較器觸發切換開關，輸出角度Δαinv。所述預設閾值U0_thr取值為0.2。所述低壓限流功能協調控制建模過程包括：為所述低壓限流功能建模的投入和退出設置不同的時間常數。所述時間常數具體為：在整流側，所述低壓限流功能建模投入的時間常數設置為15ms，退出的時間常數設定為40ms；在逆變側，所述低壓限流功能建模投入時間常數設置為10ms，退出的時間常數設定為70ms。本專利技術的有益效果在于：本專利技術通過建立高壓直流輸電系統精細化的電磁暫態仿真模型，采用時域仿真法研究次同步振蕩問題，能夠得到系統中各個機械量和電磁量隨時間變化的規律，對于開展與高壓直流輸電相關的次同步振蕩研究具有重要意義。附圖說明圖1是高壓直流輸電系統原理圖。圖2是換流單元原理圖。圖3是采用母線電壓正序分量作為鎖相環輸入信號的原理圖。圖4是控制保護系統原理圖。圖5是換相失敗預防原理圖。圖6是低壓限流特性曲線圖。具體實施方式下面結合附圖，對實施例作詳細說明。一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法，具體包括如下步驟：一、高壓直流輸電系統換流站一次系統建模如圖1所示為高壓直流輸電系統原理圖。如圖2所示為換流單元原理圖。換流單元是實現交、直流系統變換的基本單元。換流單元以交流母線電壓Ua,b,c為參考，通過鎖相環追蹤母線電壓的相位角，形成換流閥V1～V6的觸發角基準值。系統穩態運行時，交流母線電壓Ua,b,c為三相工頻分量。當系統發生擾動激發次同步振蕩時，交流母線電壓除了工頻分量外，還有可能包含負序、零序等分量。在換流單元的仿真建模中，以母線電壓的正序分量Ua,b,c(1)作為鎖相環輸入。由對稱分量法可知母線電壓正序分量Ua,b,c(1)的計算方法。如圖3所示，將母線電壓正序分量Ua,b,c(1)作為鎖相環輸入，得到正序母線電壓相位角θ，作為換流閥觸發角基準值。二、高壓直流輸電控制保護系統仿真建模(1)整流側控制保護系統建模圖4為控制保護系統功能框圖。其中，整流側采用定電流控制方式。整流側直流電流測量值Id_rec與指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec經過比例/積分環節(PI環節)得到整流側觸發超前角βrec，并換算為觸發角指令值αrec。其作用為保持直流電流在指令值附近。(2)逆變側控制保護系統建模逆變側控制包括定熄弧角和定電流兩種方式。逆變側定電流控制方式為將直流電流測量值Id_inv與指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv經過比例/積分環節(PI環節)得到逆變側觸發超前角βinv_i。逆變側定熄弧角(定γ角)控制為將熄弧角指令值γord與測量值γ的偏差γerr經過比例/積分環節(PI環節)，得到逆變側觸發超前角βinv_γ。選取βinv_i與βinv_γ二者中較大者作為逆變側觸發超前角指令值βinv，并換算為逆變側觸發角指令值αinv。(3)換相失敗預防功能建模換相失敗預防(CFPRE)功能的作用是檢測到交流系統故障后，使逆變側換流閥提前觸發。通過增加換相裕度來減小換相失敗的幾率。圖5為CFPRE功能框圖。CFPRE建模中采用兩種方法檢測交流系統故障，基于零序電壓的單相故障檢測和基于abc/αβ變換的三相故障檢測。當母線零序電壓U0大于預設閾值U0_thr時，即認為發生單相故障。此時比較器觸發切換開關，輸出角度Δαinv。建模中閾值U0_thr取值為0.2。uαβ為母線電壓Uabc在兩相靜止坐標上的投影，其摸值為|Uαβ|。當|Uαβ|小于閾值Uαβ_thr時，即認為發生三相故障，切換開關輸出角度Δαinv。建模中閾值Uαβ_thr取值0.85。因此，無論檢測到交流系統三相故障或單項故障，CFPRE都會輸出一個角度，作為逆變側觸發角上限的減小量。(4)低壓限流功能建模低壓限流(VDCOL)的作用是在直流電壓跌落到某個定值時對直流電流指令 進行限制。圖6所示為VDCOL特性曲線，其中Ud為直流電壓測量值，Idlin為直流電流指令值上限。直流電壓動作值Udmin的典型值為0.45～0.3標幺值，在建模中取值0.3；直流電流定值Idmin的典型值為0.3～0.4標幺值，在建模中取值0.3；啟動值上限Udthresh為0.9，指令電流上限Idmax為1。(5)低壓限流功能協調控制建模在仿真建模中，整流側和逆變側均配置低壓限流功能。為了使故障發生和清除過程中的指令電流平滑變化，VDCOL的投入和退出需要設置不同的時間常數。對整流側和逆變側的VDCOL進行協調控制建模。在整流側，VDCOL投入(對應電壓跌落)的時間常數設置為15ms，退出(對應電壓恢復)的時間常數設定為40ms；在逆變側，VD本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括如下建模步驟：S1，高壓直流輸電系統換流站一次系統建模，以母線電壓正序分量Ua,b,c(1)作為鎖相環輸入，得到正序母線電壓相位角θ，作為換流閥觸發角基準值；S2，高壓直流輸電控制保護系統仿真建模，所述高壓直流輸電控制保護系統仿真建模具體包括整流側控制保護系統建模、逆變側控制保護系統建模、換相失敗預防功能建模、低壓限流功能建模和低壓限流功能協調控制建模。
【技術特征摘要】
1.一種用于次同步振蕩分析的高壓直流輸電系統仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括如下建模步驟：S1，高壓直流輸電系統換流站一次系統建模，以母線電壓正序分量Ua,b,c(1)作為鎖相環輸入，得到正序母線電壓相位角θ，作為換流閥觸發角基準值；S2，高壓直流輸電控制保護系統仿真建模，所述高壓直流輸電控制保護系統仿真建模具體包括整流側控制保護系統建模、逆變側控制保護系統建模、換相失敗預防功能建模、低壓限流功能建模和低壓限流功能協調控制建模。2.根據權利要求1所述方法，其特征在于，所述整流側控制保護系統建模具體為：將整流側直流電流測量值Id_rec與指令值Iord_rec的偏差Ierr_rec經過比例積分環節得到整流側觸發超前角βrec，并換算為觸發角指令值αrec。3.根據權利要求1所述方法，其特征在于，所述逆變側控制保護系統建模具體包括如下建模步驟：S301，將直流電流測量值Id_inv與指令值Iord_inv的偏差Ierr_inv經過比例積分環節得到逆變側觸發超前角βinv_i；S302，將熄弧角指令值γord與測量值γ的偏差γerr經過比例積分環節，得到逆變側觸發超前角βinv_γ；S303，選取所述逆變側觸發超前角...
【專利技術屬性】
技術研發人員：畢天姝，張鵬，肖仕武，吳濤，黃天嘯，余笑東，李景一，曹天植，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11
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