CN106026155A - 柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法。在对柔性直流电网一端换流站进行小干扰分析中，需要对其余部分进行小干扰阻抗等效。基于柔性直流的换流站控制系统复杂，在对其进行小干扰阻抗等效时，需要考虑多重因素，本发明等效数学模型不仅考虑了其运行时一次系统工况，而且考虑了其本地控制及协调控制系统多项参数，有较高的准确性，从而实现小干扰分析中快速性和精确性的平衡。

Description

柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法

技术领域

本发明涉及柔性直流电网小干扰稳定性分析中小干扰阻抗的等效方法，具体涉及一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法。

背景技术

电压稳定性是交流电网安全稳定运行的重要指标，而相对于交流电网，柔性直流电网通常接入更多的电力电子设备，如换流器、直流变压器等，这些电力电子设备对电压波动的耐受能力通常不高。因此维持柔性直流电网电压的稳定性有着更为重要的意义。

柔性直流系统的静态稳定分析目前主要采用小干扰分析方法。已有的一些多端柔性直流系统的小干扰稳定分析方法通过分析系统特征方程矩阵的特征值，而当系统规模增大时，特征方程矩阵的规模也会随之增大，且当系统结构或参数变化时需要重新计算全网的系统特征方程，计算量过大，对求解速度产生严重影响。而另一些小干扰分析方法则根据换流器接入直流电网出口处元件的不同(电容或电感)将带有本地控制的换流站分为电压源和电流源型，并进一步简化为非理想电压源或电流源，这些方法又过于简化，无法保证精度。在多端柔性直流电网电压稳定性分析中，需要建立换流站的小干扰阻抗数学模型，为此本发明建立了一个柔性直流换流站的小干扰阻抗等效方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法，以便于柔性直流电网小干扰电压稳定性分析，本发明的方法计及了本地控制的各项控制参数、协调控制的多种方式及其参数，以及一次系统的运行工况，因此有较高的精度；同时忽略了对其他端稳定性分析影响较小的换流阀时间常数，因此降低了模型的复杂程度，有利于减少小干扰分析的计算时间。

为实现上述发明的目的，解决其技术问题，本发明在小干扰分析中基于直流电压和电流的小干扰量，计算柔性直流电网中换流站的等效阻抗，采用的技术方案如下：

针对本地控制采用双环控制，电流内环比例参数为K_p，积分参数为K_i，功率外环比例参数为K_p2，直流侧极间电容为C的换流站，换流站协调控制输出的功率参考值采用以下数学特性：其中参数k_Udc(n)和k_P分别为直流电压和输出功率的下垂控制权重，k_Udc(n)和k_P不同时为0，n为直流电压的指数，U_DCref为换流器直流电压参考值，P_s为交流电源输出功率，P_sref为交流电源输出功率参考值，换流站在不同工况下的小干扰阻抗可以通过如下方法得到：

将换流阀交流侧系统正序电感和单相换流电感相加得到交流侧总电感L_ac，将系统正序电阻和单相换流等效电阻相加得到交流侧总电阻R_ac，通过测量获取交流电源电压基波相量U_s，换流器直流电压U_DC0，换流器直流侧电流I_DC0，将U_s在d/q同步坐标系下进行变换，即令U_s＝u_sd0+j·u_sq0，换流器输出功率P_DC0＝U_DC0×I_DC0；计算电流内环时间常数得到ω_i＝K_p/L_ac。柔性直流电网中换流站的等效阻抗Z_tc倒数的计算方法如下式：

$\frac{1}{Z_{tc}}=sC+\frac{3\underset{n}{\Σ}{\mathrm{nU}}_{DC0}^{n-2}{k}_{Udc\left(n\right)}{K}_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i}{\[2k_P(s+{\mathrm{\ω}}_i)+3K_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i\]}+\frac{P_{DC0}}{U_{DC0}^2}$

与现有方法相比，该方法的优点在于：本发明建立了一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法，提出一种等效数学模型，该数学模型计及了控制参数和控制方式，因此针对采用各种协调控制的换流站，本发明的数学模型都能进行精确等效；由于本发明的数学模型考虑了运行工况，因此当换流站接入的交流系统或直流系统的工况发生改变，本发明的数学模型都能进行精确等效；此外忽略了换流阀时间常数，从而在不影响准确性的情况下降低了模型的复杂程度，有利于减少小干扰分析的计算时间：因此本发明的数学模型实现了小干扰分析中快速性和精确性的平衡。

附图说明

图1是本发明实例所述的柔性直流换流站小干扰阻抗的等效数学模型计算智能测控装置接线示意图。

具体实施方式

本发明的柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法，尤其适用于在柔性直流电网中的小干扰逐端分析。下面结合附图1对本发明的具体实施作进一步说明。

智能测控装置是目前广泛采用的测控装置，它通常由模拟量采集模块、中央处理单元、通信模块、人机界面等模块构成。

图1表示了一个接入交、直流系统的柔性直流换流站简化模型，本发明方法在智能测控装置1中进行计算。智能测控装置1的模拟量采集模块通过交流电压互感器2连接交流电源，并通过直流电压传感器3和直流电流传感器4连接换流站的直流出口，其通信模块连接控制装置6的通信模块。柔性直流电网小干扰稳定分析中央处理单元5连接智能测控装置1和VSC控制装置6的通信模块，同时与柔性直流电网中其他端的智能测控装置和VSC控制装置相连。

智能测控装置1通过人机界面获取换流阀交流侧系统正序电阻、电感及单相换流电阻、电感，通过模拟量采集回路测量交流电源电压基波相量、直流电压和直流电流，分别记为U_s、U_DC0、I_DC0，通过通信模块获取VSC控制装置6中采用双环控制的本地控制和协调控制的控制参数，其中电流内环比例参数记为K_p，积分参数记为K_i，功率外环采用简单的比例环节控制，比例参数记为K_p2，协调控制的直流电压和输出功率的权重分别记为k_Udc(n)和kP。

然后智能测控装置1将U_s在d/q同步坐标系下进行变换，即令U_s＝u_sd0+j·us_q0，将U_DC0和I_DC0相乘，得到换流器输出功率为P_DC0＝U_DC0×I_DC0；同时将换流阀交流侧系统正序电感和单相换流电感相加得到交流侧总电感L_ac，将系统正序电阻和单相换流等效电阻相加得到交流侧总电阻R_ac，并计算电流内环时间常数得到ω_i＝K_p/L_ac。之后，智能测控装置1根据上述参数计算得到柔性直流换流站小干扰阻抗的等效数学模型Z_tc，其计算公式如下式：

$\frac{1}{Z_{tc}}=sC+\frac{3\underset{n}{\Σ}{\mathrm{nU}}_{DC0}^{n-2}{k}_{Udc\left(n\right)}{K}_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i}{\[2k_P(s+{\mathrm{\ω}}_i)+3K_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i\]}+\frac{P_{DC0}}{U_{DC0}^2}$

最后智能测控装置1通过通信模块向小干扰稳定分析中央处理单元5传递本端小干扰阻抗的等效数学模型Z_tc的计算结果。通过接收柔性直流电网中各端换流站小干扰阻抗的等效数学模型，小干扰稳定分析中央处理单元5在小干扰分析中将一个复杂的多端柔性直流电网系统简化为一个待分析的换流站(采用详细小干扰分析模型)与一个代表系统其他部分，由等效阻抗组成的无源网络相连的模型，从而在不影响准确性的情况下降低了模型的复杂程度，实现小干扰分析中快速性和精确性的平衡。当小干扰分析结果为不稳定时，小干扰稳定分析中央处理单元5向VSC控制装置6发出调整控制参数的信号，以便保持柔性直流电网系统小干扰稳定性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效方法，其特征在于：针对本地控制采用双环控制，电流内环比例参数为K_p，积分参数为K_i，功率外环比例参数为K_p2，直流侧极间电容为C的换流站，若换流站协调控制输出的功率参考值采用以下数学特性：其中参数k_Udc(n)和k_P分别为直流电压和输出功率的下垂控制权重，k_Udc(n)和k_P不同时为0，n为直流电压的指数，U_DC为换流器直流电压，U_DCref为换流器直流电压参考值，P_s为交流电源输出功率，P_sref为交流电源输出功率参考值，则换流站在不同工况下的小干扰阻抗可以通过如下方法得到：

将换流阀交流侧系统正序电感和单相换流电感相加得到交流侧总电感L_ac，将系统正序电阻和单相换流等效电阻相加得到交流侧总电阻R_ac，通过测量获取交流电源电压基波相量U_s，换流器直流电压U_DC0，换流器直流侧电流I_DC0，将U_s在d/q同步坐标系下进行变换，得到U_s＝u_sd0+j·u_sq0，换流器输出功率P_DC0＝U_DC0×I_DC0；计算电流内环时间常数ω_i＝K_p/L_ac；按下式计算拉普拉斯变换下(s为拉普拉斯因子)柔性直流电网中换流站的小干扰等效阻抗Z_tc：

$\frac{1}{Z_{tc}}=sC+\frac{3\underset{n}{\Σ}{\mathrm{nU}}_{DC0}^{n-2}{k}_{Udc\left(n\right)}{K}_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i}{\[2k_P(s+{\mathrm{\ω}}_i)+3K_{p2}{u}_{sd0}{\mathrm{\ω}}_i\]}+\frac{P_{DC0}}{U_{DC0}^2}.$