CN103475016A - 高压直流输电工程中换流站的仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压直流输电工程中换流站的仿真方法。包括有如下步骤：1）创建高压直流输电系统仿真模型项目文件；2）建立高压直流输电系统仿真模型；3）搭建高压直流输电控制系统仿真模型，通过输入元件参数模块输入仿真模型中各元器件参数；4）基于输入的模型参数进行仿真，计算及输出运行结果；5）通过仿真计算及输出的运行结果，分析高压直流输电系统与交流系统的相互影响。本发明的高压直流输电工程中换流站的仿真方法建立了完整、精确的直流输电元件模型，可针对高压直流输电一次系统及控制系统进行准确的建模研究，并且仿真效果与实际高压直流输电系统运行效果一致。

Description

高压直流输电工程中换流站的仿真方法

技术领域

本发明属于电力系统数字仿真领域,具体涉及一种电力系统中高压直流输电工程中换流站的仿真方法，属于高压直流输电工程中换流站的仿真方法的创新技术。 

背景技术

随着电力电子技术、计算机技术、光纤技术和新材料技术的发展，换流站技术得到了不断发展来满足新的和不断增加的性能要求。要驾驭好日益庞大的电网，必须依靠科技进步，提高电网科技含量和技术装备水平。 

目前，国内外对直流输电系统的研究多数是以CIGRE HVDC标准测试系统为仿真平台进行的，对特高压直流输电系统建模研究较少，以特高压工程实际参数建立模型的则更为少见。原CIGRE HVDC标准测试系统主要模拟对象是±500kV高压直流输电系统，采用的是单极12脉动换流器，而糯扎渡-鹤山特高压直流输电采用单极双12脉动的主接线方式，可见CIGRE HVDC标准测试系统模型已不能很好地模拟±800kV特高压直流输电系统，建立一个准确的特高压直流输电仿真模型对特高压直流输电的研究有重要意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压直流输电工程中换流站的仿真方法。本发明建立了完整、精确的直流输电元件模型，可针对高压直流输电一次系统及控制系统进行准确的建模研究，并且仿真效果与实际高压直流输电系统运行效果一致。 

本发明通过以下技术方案来达到上述目的: 本发明的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，包括有如下步骤： 

1）创建高压直流输电系统仿真模型项目文件；

2）建立高压直流输电系统仿真模型；

3）搭建高压直流输电控制系统仿真模型，通过输入元件参数模块输入仿真模型中各元器件参数；

4）基于输入的模型参数进行仿真，计算及输出运行结果；

5）通过仿真计算及输出的运行结果，分析高压直流输电系统与交流系统的相互影响。

上述步骤2）构造单级双十二脉动双极HVDC电气接线系统，建立单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统仿真模型； 

上述步骤2）搭建±800kV单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统仿真模型。

上述步骤2）根据CIGRE HVDC标准测试输电系统仿真要求构造单级双十二脉动双极HVDC电气接线系统。 

上述步骤4）基于输入的模型参数进行仿真，计算输出电压、电流、换流器触发角的运行结果。 

上述步骤4）通过图形显示模块将仿真计算结果显示在主界面上，便于实时查看仿真运行过程及结果。 

上述步骤4）通过结果输出模块将仿真结果输出到文件，便于后续仿真结果分析。 

本发明以目前流行的电磁暂态仿真系统作为仿真环境，建立换流站仿真模型进行详细研究。运用其搭建的系统可以广泛用于电力系统中不同系统的设计以及验证，实现直流输电过程中的电磁暂态计算，轻型直流输电的研究及谐波分析，交直流输电系统的设计以及运行性能研究，并且可随时记录某时刻仿真系统的运行状态用于后续计算。它建立了完整、精确的直流输电元件模型，可针对高压直流输电一次系统及控制系统进行准确的建模研究，并且仿真效果与实际高压直流输电系统运行效果一致。本发明可避免原CIGRE HVDC标准测试系统模拟的±500kV高压直流输电系统、单极12脉动换流器带来的不准确性，本发明根据设计单位的实际设计参数，建立高压直流输电系统仿真模型，该模型能够完全反映此项工程的实际参数，具有很高的可信度。通过此模型可以分析电网稳定性、可靠性。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

附图1为本发明的流程图。 

附图2为单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统图。 

附图3为单极双12脉动换流器仿真模型图。 

附图4为高压直流输电一次系统与控制系统作用方式图。 

附图5为换流器触发控制仿真模型原理图。 

附图6为换流变压器分接头控制（TCC）仿真模型功能框图。 

图中：1.交流滤波器，2.换流单元（p=12），3.平波电抗器（Ld），4.直流输电线路（正极），5.换流变压器（T），6.直流滤波器，7.电容器组，8.交流系统，9.中性母线，10.接地极线路，11.接地极，12.直流输电线路（负极），13.母线，14.A、B、C相母线，15.换流变压器，16.换流器。17.换流阀（晶闸管）。 

具体实施方式

原CIGRE HVDC标准测试系统主要模拟对象是±500kV高压直流输电系统，采用的是单极12脉动换流器，而糯扎渡-鹤山特高压直流输电电压等级为±800kV，采用单极双12脉动的主接线方式，为了解决这个问题，本发明利用当前电力系统流行的仿真软件搭建模型，提供一种电力系统数字仿真模型方法。本发明的应用环境是±800kV特高压直流输电工程，与常规±500kV高压直流输电工程最大的不同是±800kV特高压直流输电首次采用单极双12脉动换流器串联连接的一次主回路接线方式。 

糯扎渡-鹤山特高压直流输电电压等级为±800kV，采用单极双12脉动的主接线方式，本发明根据设计单位的实际设计参数，建立糯扎渡特高压直流输电系统仿真模型，该模型能够完全反映此项工程的实际参数，具有很高的可信度。通过此模型可以分析鹤山换流站接入江门电网后对江门电网稳定性、可靠性的影响。 

图1为江门换流站仿真模型方法的总流程图，首先创建高压直流输电系统仿真模型项目文件，然后根据CIGRE HVDC标准测试输电系统仿真要求构造单级双十二脉动双极HVDC电气接线图，建立高压直流输电系统仿真模型，接着搭建高压直流输电控制系统仿真模型，通过输入元件参数模块输入仿真模型中各元器件参数，然后基于输入的模型参数进行编译，仿真计算输出电压、电流、换流器触发角等运行结果。图形显示模块将仿真计算结果显示在主界面上，便于实时查看仿真运行过程及结果，结果输出模块将仿真结果输出到文件便于后续仿真结果分析。通过上面建立的仿真平台，可以分析高压直流输电系统跟交流系统的相互影响。 

运用电磁暂态仿真软件搭建的单级双十二脉动双极HVDC电气主接线图如图2所示，其主要设备包括有交流滤波器1、换流单元2（p=12）、平波电抗器3（Ld）、直流输电线路正极导线4、换流变压器5（T）、直流滤波器6、电容器组7、交流系统8、中性母线9、接地极线路10、接地极11、直流输电线路负极导线12、母线13等。两端母线13之间为直流输电系统，利用直流输电线路正负两极导线4、12和两端换流站的正负两极相连，构成直流侧的闭环回路，两端换流站由换流单元2、换流变压器5、母线13组成。两端接地极11所形成的大地回路，可作为输电系统的备用导线。正常运行时，直流电流的路径为正负两根极线。实际上它是由两个独立运行的单级大地回线系统构成。正负两极在地回路中的电流方向相反，地中电流为两极电流之差值。两极中的任一极均能构成一个独立运行的单级输电系统，两极的电压和电流可以不相等。双极的电压和电流均相等时称为双极对称运行方式，不相等时称为电压或电流的不对称运行方式。当双极电流相等时，地中无电流流过，实际上仅为两极的不平衡电流，通常小于额定电流的1%。因此，在双极对称方式运行时，可基本上消除由于地中电流所引起的电腐蚀等问题。当双极电流不对称运行时，两极中的电流不相等，地中电流为两极电流之差值。为了减小地中电流的影响，在运行中尽量采用双极对称运行方式，如果由于某种原因需要一个极降低电压或电流运行，则可转为双极电压或电流不对称运行方式。交直流系统之间会互相影响，从而造成交流系统和直流系统中的谐波含量增加，谐波对系统有一定的危害，交流滤波器1、电容器组7和直流滤波器6的设置就是为了滤除系统的多余谐波，给系统一个良好的运行环境。直流平波电抗器3与直流滤波器6一起构成高压直流输电换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器能防止由直流线路或直流开关站所产生的陡波冲击波进入阀厅从而使换流阀免于遭受过电压应力而损坏。此外，双极直流输电工程的两端接地极系统，包括中性母线9、接地极线路10、接地极11可根据工程所要求的单极大地回线运行时间的长短来进行设计。 

图3为单极双12脉动换流器仿真模型图，主要由A、B、C相母线14、换流变压器15、六脉动换流器单元16、换流阀17（即晶闸管）等设备组成，是高压直流输电仿真模型的主要组成部分。其中，换流变压器15的连接方式一个为YY连接，另一个为Y△连接，使两个6脉动换流器的交流侧得到相位相差30°的换相电压，一端接到A、B、C三相母线14，一端接到六脉动换流器单元16。序号1＇、2＇、3＇、4＇、5＇、6＇表示它们导通时的顺序。在每一个工频周期内有24个换流阀轮流导通。 

高压直流输电控制系统仿真模型是高压直流输电系统控制性能的基础。图4是高压直流输电一次系统与控制系统作用方式图，一次系统实时输出换流器触发角、直流电压、直流电流及交流系统电压等状态参数至换流器触发控制及换流变压器分接头控制，换流器触发控制通过相关计算输出触发角指令值至一次系统控制换流器，调节系统的运行状态，换流变压器分接头控制经过逻辑计算及判断后输出分接头上升或下降命令至一次系统控制换流变压器分接头位置。通过一次系统与控制系统之间不断的交换运行状态参数，控制系统可实时根据一次系统的运行变化进行准确控制，保证高压直流输电系统运行的稳定性和可靠性。 

图5为换流器触发控制仿真模型原理图，换流站主控制单元根据操作人员设定的各种直流功率调制值计算输出直流电流指令值，低压限流单元根据实际直流电压的变化对电流指令值进行限制计算，输出电流限制值。电流限制值、实际电流值与电流裕度在电流放大器内进行误差计算后输出触发角命令，进而在脉冲发生单元中产生控制脉冲信号，控制换流阀的动作，使系统输出稳定的直流电压或电流。为了保证系统的稳定运行并保持换流器工作在额定范围内，根据高压直流输电系统的不同运行状态及控制方式，将电压控制器、过电压限制及最大触发角控制的输出在电流控制放大器限制环节进行选择，输出对应信号作为电流控制放大器的上下限值，将触发角命令限制在一定范围内。 

图6是换流变压器分接头控制（TCC）仿真模型功能框图，主要包括无载控制、电压控制及换流器触发角控制等环节，各环节通过比较直流输电系统各控制量的实际响应值与参考值之间的差值，分别输出增大或减小控制量命令，将各控制环节输出的控制命令在自动协调控制器内经过相关计算及逻辑判断后，输出换流变压器分接头上升或下降命令至换流变压器，实现对换流变压器分接头档位的调节。 

本发明江门换流站仿真模型方法搭建±800kV单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统仿真模型，在此基础上进行相关详细研究，进而分析换流站的接入对地区电网的影响。此方法避免了原CIGRE HVDC标准测试系统模拟的±500kV高压直流输电系统、单极12脉动换流器带来的不准确性，糯扎渡-鹤山特高压直流输电电压等级为±800kV，采用单极双12脉动的主接线方式，根据设计单位的实际设计参数，建立糯扎渡特高压直流输电系统仿真模型，该模型能够完全反映此项工程的实际参数，具有很高的可信度。而且还可以分析鹤山换流站接入江门对江门电网稳定性、可靠性的影响。 

Claims (7)

1.一种高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于包括有如下步骤：

1）创建高压直流输电系统仿真模型项目文件；

2）建立高压直流输电系统仿真模型；

3）搭建高压直流输电控制系统仿真模型，通过输入元件参数模块输入仿真模型中各元器件参数；

4）基于输入的模型参数进行仿真，计算及输出运行结果；

5）通过仿真计算及输出的运行结果，分析高压直流输电系统与交流系统的相互影响。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤2）构造单级双十二脉动双极HVDC电气接线系统，建立单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统仿真模型。

3.根据权利要求2所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤2）搭建±800kV单极双12脉动换流器双极型高压直流输电系统仿真模型。

4.根据权利要求3所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤2）根据CIGRE HVDC标准测试输电系统仿真要求构造单级双十二脉动双极HVDC电气接线系统。

5.根据权利要求1至4任一项所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤4）基于输入的模型参数进行仿真，计算输出电压、电流、换流器触发角的运行结果。

6.根据权利要求5所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤4）通过图形显示模块将仿真计算结果显示在主界面上，便于实时查看仿真运行过程及结果。

7.根据权利要求5所述的高压直流输电工程中换流站的仿真方法，其特征在于上述步骤4）通过结果输出模块将仿真结果输出到文件，便于后续仿真结果分析。

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