CN106934164A - 一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，用于解决简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换的技术问题。

Description

一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法

技术领域

本发明涉及实时电磁暂态仿真领域，尤其涉及一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法。

背景技术

随着交直流混联电网的发展，交直流电网呈现出规模增大、复杂化程度加深等特征，特别是连接两个交流电网的直流系统，大部分通道承担的输电容量较上一个五年计划时已经翻了一番有多，近年来新建直流工程的拓扑结构也从双极十二脉动演变为双极二十四脉动。直流输电技术发展的同时，也给直流电磁暂态仿真技术带来改变，许多离线电磁暂态仿真方法已难以承担交直流混联大电网背景下直流系统的计算任务，工程上更偏向于大规模采用实时电磁暂态仿真来满足其研究要求。

现时，已有许多交直流电网实时电磁电磁暂态仿真的方法，这些方法为了满足实时要求需要解决仿真计算速度和系统规模的矛盾。以往大部分研究多关注受端电网的动态特性，因此交直流电网实时电磁暂态仿真中直流系统的控制一般采用比较单一的策略。例如，整流侧无论在什么情况下都只采用定电流控制，逆变侧定熄弧角控制只根据熄弧角参考值的变化就作出触发角判断。但是随着电网规模扩大，运行中故障类型增多，简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换。

发明内容

本发明实施例提供了一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，解决了简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换的技术问题。

本发明实施例提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，包括：

S1：在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

S2：在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

S3：将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

S4：通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

S5：通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

S6：将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

优选地，所述步骤S4具体包括：

通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差。

优选地，所述步骤S4具体包括：

通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差。

优选地，所述步骤S5具体包括：

通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差和整流侧时间常数、增益建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过所述逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差和逆变侧时间常数、增益建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

优选地，所述步骤S5具体包括：

通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，包括：

选取单元，用于在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

添加单元，用于在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

连接单元，用于将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

第一建立单元，用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

第二建立单元，用于通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

发送单元，用于将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

优选地，所述第一建立单元具体包括：

第一计算子单元，具体用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差；

第二计算子单元，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差。

优选地，所述第一计算子单元具体包括：

第一建立模块，具体用于通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型；

第一计算模块，具体用于计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

所述第二计算子单元具体包括：

第二建立模块，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型；

第二计算模块，具体用于计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差。

优选地，所述第二建立单元具体包括：

第三计算子单元，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差和整流侧时间常数、增益建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角；

第四计算子单元，具体用于通过所述逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差和逆变侧时间常数、增益建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

优选地，所述第三计算子单元具体包括：

第三建立模块，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型；

第三计算模块，具体用于计算整流侧触发角；

所述第四计算子单元具体包括：

第四建立模块，具体用于通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型；

第四计算模块，具体用于计算逆变侧触发角。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法包括：S1：在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；S2：在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；S3：将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；S4：通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；S5：通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；S6：将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。本实施例中，通过整流侧控制建模、逆变侧控制建模以及控制器-触发角计算建模，使得实时电磁暂态仿真中的直流控制系统更完善，能够更真实反映出多种故障下交直流电网中直流系统电气量的特征，提升仿真准确性和可信度，解决了简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的一个实施例的流程示意图；

图2本发明实施例中提供的一种交直流电网实时电磁暂态仿真框架示意图；

图3本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的定电流控制原理示意图；

图4本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的低压限流环节原理示意图；

图5本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的定电压控制原理示意图；

图6本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的CEC控制特性原理示意图；

图7本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的整流侧控制模型示意图；

图8本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的逆变侧控制模型示意图；

图9本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的整流侧控制器-触发角计算示意图；

图10本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的逆变侧控制器-触发角计算示意图；

图11本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置的一个实施例的结构示意图；

图12本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，用于解决简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的一个实施例包括：

101、在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

102、在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

103、将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

104、通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

105、通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

106、将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

上面是对一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法进行详细的描述，下面将对一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的过程进行详细的描述，本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法的另一个实施例包括：

201、在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

在已有交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选择出直流输电系统模型；在直流输电系统系统模型中的找到换流器模型、线路模型以及控制模型。图2为交直流电网实时电磁暂态仿真框架，描述了交直流实时电磁暂态仿真的主要模块，其中包括受端交流电网、电源电网和直流输电系统。它们之间的数据互通情况如图中连接“受端交流电网”、“电源电网”、“直流输电系统”的箭头所示。三个主要模块通过实施电磁暂态仿真运算核实现实时仿真，运算结果通过输出接口呈现给用户。交直流电网实时电磁暂态仿真主要模块中的直流输电系统包含换流器模型、线路模型和控制模型三个部分，本实施例的控制模型与其他两个模型的数据交互通道如箭头所示。控制模型的模型参数在用户设计模型时就给定；控制系统的输入量为线路上整流侧、逆变侧的电压、电流；控制系统的输出是对换流器模型施加控制的触发角。

202、在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

将线路模型中线路末端整流侧添加电压的录波装置和电流的录波装置，将线路模型中线路末端逆变侧添加电压的录波装置和电流的录波装置，在逆变侧的换流器模型添加检测熄弧角的录波装置。

203、将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接：

把电压的录波装置的数据输出端、电流的录波装置的数据输出端、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与控制模型的“输入”端连接，将控制模型的数据“输出”端分别与整流侧、逆变侧换流器模型的触发角命令数据“输入”端连接。

204、通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差；

1)整流侧控制建模

整流侧控制模型如图7所示。

其中各个输入参数的含义如下：

IdcR为线路末端整流侧电流、UdcR为线路末端整流侧电压，取之于图2交直流电网实时电磁暂态仿真模型的直流输电系统模块中的线路模型。

T_{ID_mes}、T_{Udr_mes}、T_{VDCL_rec}、T_{udr_mesl}为各个惯性环节的时间常数；Pord为整流侧功率参考值，Pmod为整流侧功率模式指令值；Iord为整流侧电流参考值；Imax、Imin分别是电流整定值限幅上、下限；U_dr0为整流侧电压参考值；Umargin为电压裕度。以上值均由用户给定。

控制环节中VDCOL原理如图4所示，坐标点P1(Ud_P1，Id_P1)、P2(Ud_P2，Id_P2)以及斜率K1、K2由用户给定。控制环节中MIN表示取两个(或几个)输入之间的最小值。

各个中间变量含义如下：

P_des由整流侧功率参考值Pord和整流侧功率模式指令值Pmod求和得到；U_{dcR_mes}由线路末端整流侧电压UdcR经过参数为T_{Udr_mes}的惯性环节得到；IrefR为整流侧电流整定值，由选择开关K_R通过选择得到，K_R原理见式(1)；UrefR为整流侧电压整定值，由整流侧电压参考值U_dr0和电压裕度Umargin求和得到；ΔId_rec为整流侧电流偏差，ΔUd_rec为整流侧电压偏差。

整流侧控制的最终输出为整流侧角度偏差Δreg_rec，在ΔId_rec和ΔUd_rec之间经过取最小值环节得到。

其中PI_mod为整流侧模式指令值，由用户给定。

2)逆变侧控制建模

逆变侧控制模型如图8所示。

其中各个输入参数的含义如下：

IdcI为线路末端逆变侧电流、UdcI为线路末端逆变侧电压，取之于图2交直流电网实时电磁暂态仿真模型的直流输电系统模块中的线路模型。γ_inv为逆变器的熄弧角，取之于图2交直流电网实时电磁暂态仿真模型的直流输电系统模块中的换流器模型。

T_{Gam_mes}、T_{VDCL_rec}、T_{udi_mes}为各个惯性环节的时间常数；γ_ref为逆变侧熄弧角整定值；Imargin为电流裕度；U_di0为逆变侧电压参考值。以上值均由用户给定。

控制环节中的VDCOL与整流侧完全相同。控制环节中的CEC原理如图6所示，坐标C1(ΔI_C1，ΔU_c1)、C2(ΔI_c2，ΔU_c2)由用户给定。控制环节中MAX表示取两个(或几个)输入之间的最大值。

各个中间变量含义如下：

IrefI为逆变侧电流整定值，由整流侧电流整定值IrefR和电流裕度Imargin作差得到；UrerI为逆变侧电压整定值，由逆变侧电压参考值U_di0和电压裕度Umargin作差得到；ΔId_inv为逆变侧电流偏差，ΔUd_inv为逆变侧电压偏差；ΔGamma为熄弧角偏差。

逆变侧的最终输出为逆变侧角度偏差Δreg_inv，在ΔId_inv、ΔUd_inv和ΔGamma之间经过取最大值环节得到。

本实施例的控制系统由以下的控制环节形成：

①定电流控制

如图3所示，定电流控制中，MDC是模式转换开关，P_set为功率设定值，I_set为电流设定值，ΔP为功率调制信号，V_order为电压整定值，I_order为电流整定值，V_dcm为直流线路末端测量的电压。

其中VDCOL是低压限流环节，特性曲线如图4所示。

低压限流特性的输入为流线路末端测量的电压V_dcm。整个特性的参数主要给定有P1、P2坐标，K1、K2斜率。为了使得电流参考指令变化平稳，在实际装置中有对低压限流输出的上升和下降速率限制。

②定电压控制

如图5所示，定电压控制中I_order为电流整定值，V_order为电压整定值，V_set为电压设定值。

③CEC控制

CEC控制的特性如图6所示，整个特性的参数主要给定C1、C2坐标，C1、C2之间为直线连接。

205、通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角；

3)控制器-触发角计算建模

①整流侧控制器-触发角计算建模

整流侧控制器-触发角计算通过利用图7整流侧控制过程得到的中间量ΔId_rec、ΔUd_rec以及最终输出的整流侧角度偏差Δreg_rec计算整流侧触发角α_rec，具体建模过程如图9所示。

图中T_Urec、T_Irec为时间常数，由用户给定，根据选择开关K_TR选择作为T_r的最终输出，KTR原理见式(2)；P_Urec、P_Irec为增益，由用户给定，根据由选择开关K_PR选择作为P_r的最终输出，K_PR原理见式(3)。

选择出T_r、P_r后，结合整流侧角度偏差Δreg_rec可计算得到最终的整流侧触发角输出α_rec。

②逆变侧控制器-触发角计算建模

逆变侧控制器-触发角计算通过利用图8逆变侧控制过程得到的中间量ΔId_inv、ΔUd_inv、ΔGamma以及最终输出的逆变侧角度偏差Δreg_inv计算逆变侧触发角α_inv，具体建模过程如图10所示。

图中T_Uinv、T_Iinv、T_Gam为时间常数，由用户给定，根据选择开关K_TR选择作为T_i的最终输出，K_TI原理见式(4)；P_Uinv、P_Iinv、P_Gam为增益，由用户给定，根据选择开关K_PI选择作为P_i的最终输出，K_PI原理见式(5)。

选择出T_i、P_i后，结合整流侧角度偏差Δreg_inv可计算得到最终的整流侧触发角输出α_inv。

206、将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

根据控制系统整流侧控制、逆变侧控制、触发角计算控制分别进行建模；其中整流侧、逆变侧的控制都加入低压限流控制环节，使控制系统实现了多模式工况下切换控制方式，以步骤203的输入作为原始数据计算整流侧、逆变侧的触发角，计算触发角的时候，计算参数根据整流侧、逆变侧多个中间变量的比较结果进行选择，与实际控制系统更接近，使交直流电网实时电磁暂态仿真的仿真精度、可信度提高，通过步骤203连接好的通道对换流器触发角实现对直流系统的控制，将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

本实施例中，对于交直流电网实时电磁暂态仿真的直流系统控制部分，在整流侧加入了定功率控制、定电流控制、低压限流控制，并考虑了电压偏差量，同样对于交直流电网实时电磁暂态仿真中的直流系统控制，在逆变侧加入了低压限流控制、CEC控制，并考虑了电流量偏差，对于整流侧、逆变侧各个控制环节中有关限幅的部分，都调整为根据不同的运行工况，采用特定的模块进行参数选择，使得实时电磁暂态仿真中的直流控制系统更完善，能够更真实反映出多种故障下交直流电网中直流系统电气量的特征，提升仿真准确性和可信度，解决了简单的控制系统已经不能满足交直流电网中直流系统实时电磁暂态仿真的精度要求，更无法实现实时仿真出多种模式下直流系统的运行状态切换的技术问题。

请参阅图11，本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置的一个实施例包括：

选取单元301，用于在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

添加单元302，用于在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

连接单元303，用于将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

第一建立单元304，用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

第二建立单元305，用于通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

发送单元306，用于将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

上面是对一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置各单元进行详细的说明，下面将对一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置各附加单元进行更详细的说明，请参阅图12，本发明实施例中提供的一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置的另一个实施例包括：

选取单元401，用于在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

添加单元402，用于在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

连接单元403，用于将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

第一建立单元404，用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

所述第一建立单元404具体包括：

第一计算子单元4041，具体用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差；

所述第一计算子单元4041具体包括：

第一建立模块40411，具体用于通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型；

第一计算模块40412，具体用于计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

第二计算子单元4042，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差。

所述第二计算子单元4042具体包括：

第二建立模块40421，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型；

第二计算模块40422，具体用于计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差。

第二建立单元405，用于通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

所述第二建立单元405具体包括：

第三计算子单元4051，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差和整流侧时间常数、增益建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角；

所述第三计算子单元4051具体包括：

第三建立模块40511，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型；

第三计算模块40512，具体用于计算整流侧触发角；

第四计算子单元4052，具体用于通过所述逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差和逆变侧时间常数、增益建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

所述第四计算子单元4052具体包括：

第四建立模块40521，具体用于通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型；

第四计算模块40522，具体用于计算逆变侧触发角。

发送单元406，用于将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，其特征在于，包括：

S1：在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

S2：在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

S3：将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

S4：通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

S5：通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

S6：将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

2.根据权利要求1所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差。

3.根据权利要求2所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差。

4.根据权利要求3所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差和整流侧时间常数、增益建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过所述逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差和逆变侧时间常数、增益建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

5.根据权利要求4所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

6.一种实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，其特征在于，包括：

选取单元，用于在预定的交直流电网实时电磁暂态仿真模型中选取直流输电系统模型，在所述直流输电系统系统模型中选取整流侧换流器模型、逆变侧换流器模型、线路模型和控制模型；

添加单元，用于在所述线路模型的整流侧线路末端添加电压录波装置和电流录波装置，在所述线路模型的逆变侧线路末端增加电压录波装置和电流录波装置，在所述逆变侧换流器模型中添加检测熄弧角的录波装置；

连接单元，用于将电压录波装置、电流录波装置、检测熄弧角的录波装置的数据输出端分别与所述控制模型的数据输入端连接，将所述控制模型的数据输出端分别与整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端和逆变侧换流器模型的触发角命令数据输入端连接；

第一建立单元，用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差，通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差；

第二建立单元，用于通过所述整流侧控制模型的中间变量、所述整流侧角度偏差和预定的第三参数建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角，通过逆变侧控制模型的中间变量、所述逆变侧角度偏差和预定的第四参数建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算出逆变侧触发角；

发送单元，用于将所述整流侧触发角通过所述控制模型的数据输出端传输至所述整流侧换流器模型的触发角命令数据输入端，将所述逆变侧触发角通过所述控制模型的数据输出端发送至所述逆变侧换流器模型触发角命令数据输入端。

7.根据权利要求6所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，其特征在于，所述第一建立单元具体包括：

第一计算子单元，具体用于通过整流侧电压录波装置、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的第一参数通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型，计算整流侧角度偏差；

第二计算子单元，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的第二参数通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型，计算出逆变侧角度偏差。

8.根据权利要求7所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，其特征在于，所述第一计算子单元具体包括：

第一建立模块，具体用于通过整流侧电压录波装置输出的数据、整流侧电流录波装置输出的数据和预定的整流侧惯性环节时间常数、整流侧功率值、整流侧功率模式指令值、整流侧电流值、电流整定值限幅、整流侧电压值、电压裕度、整流侧指令值通过进行低压限流控制建立整流侧控制模型；

第一计算模块，具体用于计算整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差；

所述第二计算子单元具体包括：

第二建立模块，具体用于通过逆变侧电压录波装置、逆变侧电流录波装置、检测熄弧角的录波装置输出的数据和预定的逆变侧惯性环节时间常数、逆变侧熄弧角整定值、电流裕度、逆变侧电压参考值通过进行低压限流控制建立逆变侧控制模型；

第二计算模块，具体用于计算逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差。

9.根据权利要求8所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，其特征在于，所述第二建立单元具体包括：

第三计算子单元，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差、整流侧角度偏差和整流侧时间常数、增益建立整流侧控制器-触发角计算模型，计算整流侧触发角；

第四计算子单元，具体用于通过所述逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差、逆变侧角度偏差和逆变侧时间常数、增益建立逆变侧控制器-触发角计算模型，计算逆变侧触发角。

10.根据权利要求9所述的实时电磁暂态仿真的直流控制系统建模装置，其特征在于，所述第三计算子单元具体包括：

第三建立模块，具体用于通过整流侧电流偏差、整流侧电压偏差选取整流侧时间常数、增益，通过所述整流侧时间常数、增益和所述整流侧角度偏差建立整流侧控制器-触发角计算模型；

第三计算模块，具体用于计算整流侧触发角；

所述第四计算子单元具体包括：

第四建立模块，具体用于通过逆变侧电流偏差、逆变侧电压偏差、熄弧角偏差选取逆变侧时间常数、增益，通过所述逆变侧时间常数、增益和所述逆变侧角度偏差建立逆变侧控制器-触发角计算模型；

第四计算模块，具体用于计算逆变侧触发角。