具体实施方式
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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。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他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例提供一种多端混合直流输电系统机电暂态仿真方法,包括:
步骤S1、获取多端混合直流输电系统的等效电路。示例性地,上述步骤S1中,可根据待仿真的多端混合直流输电系统中常规直流换流站的个数、柔性直流换流站的个数以及直流线路的条数,构建多端混合直流输电系统的等效电路,该等效电路的构建方法与现有的多端常规直流输电系统和多端柔性直流输电系统的等效电路构建方法相同,本领域技术人员可参照现有的直流输电系统的等效电路构建方法进行构建。
步骤S2、根据多端混合直流输电系统的等效电路,获得多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y,以及由多端混合直流系统中各换流站的注入电流值组成的列向量I。
步骤S3、根据多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y和由各换流站的注入电流值组成的列向量I,获取由各换流站的直流电压值组成的列向量V,其中,YV=I。
步骤S4、根据由各换流站的注入电流值组成的列向量I和由各换流站的直流电压值组成的列向量V,获得多端混合直流输电系统机电暂态仿真结果。
在本实施例提供的多端混合直流输电系统机电暂态仿真方法中,在获取了多端混合直流输电系统的等效电路,通过该多端混合直流输电系统的等效电路,获得了多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y和由多端混合直流系统中各换流站的注入电流值组成的列向量I之后,就能够根据多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y、由多端混合直流系统中各换流站的注入电流值组成的列向量I,以及由各换流站的直流电压值组成的列向量V之间的关系式:YV=I,获得由各换流站的直流电压值组成的列向量V,最后,根据由各换流站的注入电流值组成的列向量I和由各换流站的直流电压值组成的列向量V,即可获得多端混合直流输电系统机电暂态仿真结果,从而使得工作人员在分析多端直流输电系统的动态性能和运行稳定性时,就能够根据该仿真结果,准确地分析出多端直流输电系统的动态性能和运行稳定性。
示例性地,多端混合直流输电系统可包括N个常规直流换流站,M个柔性直流换流站和L条直流线路,其中,N、M和L均为大于或等于1的整数,则上述步骤S1中,获取多端混合直流输电系统的等效电路的步骤可包括:
步骤S11、分别获取N个常规直流换流站的等效电路。
示例性地,如图2所示,每个常规直流换流站的等效电路可由常规直流换流站的等效恒定电流源与常规直流换流站的等效恒定电阻并联形成。
步骤S12、分别获取M个柔性直流换流站的等效电路。
示例性地,如图3所示,每个柔性直流换流站的等效电路可由柔性直流换流站的等效受控电流源与柔性直流换流站的等效恒定电阻并联形成。
步骤S13、分别获取L个直流线路的等效电路。
示例性地,如图4所示,每个直流线路的等效电路可由直流线路的等效受控电流源与直流线路的等效恒定电阻并联形成。
步骤S14、根据N个常规直流换流站的等效电路、M个柔性直流换流站的等效电路和L个直流线路的等效电路,获得多端混合直流输电系统的等效电路。
示例性地,按照待模拟的多端混合直流输电系统中,常规直流换流站、柔性直流换流站和直流线路的具体连接关系,连接上述常规直流换流站的等效电路、柔性直流换流站的等效电路和直流线路的等效电路,即可获得待模拟的多端混合直流输电系统的等效电路。
示例性地,当常规直流换流站的等效电路由常规直流换流站的等效恒定电流源与常规直流换流站的等效恒定电阻并联形成时:
常规直流换流站的等效恒定电流源的值可设定为Ieq-LCC,其中,kT为常规直流换流站中变压器的变比,Vt为常规直流换流站的换流母线的交流线电压的有效值,θ为常规直流换流站中换流器的控制角,Xc为常规直流换流站中变压器的等效电抗;常规直流换流站的等效恒定电阻的值可设定为Req-LCC,其中,nt为常规直流换流站中换流器的桥数。
示例性地,当柔性直流换流站的等效电路由柔性直流换流站的等效受控电流源与柔性直流换流站的等效恒定电阻并联形成时:
柔性直流换流站的等效受控电流源的值可设定为Ieq-VSC,其中,Pdc为柔性直流换流站的直流功率,Udc-VSC为柔性直流换流站的直流电压,Cvsc为柔性直流换流站中换流器的等效电容,Δt为多端混合直流输电系统机电暂态仿真的仿真步长,U'dc-VSC为上一仿真步长时柔性直流换流站的直流电压,I'C为上一仿真步长时柔性直流换流站的对地电流;柔性直流换流站的等效恒定电阻的值可设定为Req-VSC,
示例性地,当直流线路的等效电路由直流线路的等效受控电流源与直流线路的等效恒定电阻并联形成时:
直流线路的等效受控电流源的值可设定为Ihist,其中,U'dc1为上一仿真步长时直流线路的第一端的换流站的直流电压,U'dc2为上一仿真步长时直流线路的第二端的换流站的直流电压,R为直流线路的实际电阻,L为直流线路的实际电感,I′line为上一仿真步长时直流线路的直流电流;直流线路的等效恒定电阻的值可设定为Rline,Rline=R+2L/Δt。
在根据上述常规直流换流站的等效电路、柔性直流换流站的等效电路和直流线路的等效电路,获得多端混合直流输电系统的等效电路之后,获取由各所换流站的直流电压值组成的列向量V的步骤包括:
步骤一,设定柔性直流换流站的直流电压的初始值为
步骤二,根据柔性直流换流站的直流电压的初始值获得柔性直流换流站的等效受控电流源的初始值
步骤三,根据柔性直流换流站的等效受控电流源的初始值常规直流换流站的等效恒定电流源的值Ieq-LCC和直流线路的等效受控电流源的值Ihist,获得由各换流站的注入电流值组成的初始列向量I0。
步骤四,根据多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y和由各换流站的注入电流值组成的初始列向量I0,获取由各换流站的直流电压值组成的初始列向量V0。
步骤五,根据由各换流站的直流电压值组成的初始列向量V0,获得第1次仿真计算得到的柔性直流换流站的直流电压
步骤六,根据第一次计算得到的柔性直流换流站的直流电压获得第1次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值
步骤七,根据柔性直流换流站的等效受控电流源的初始值和第1次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值获得柔性直流换流站的等效受控电流源的初始值与第1次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值之间的最大偏差
步骤八,当小于或等于ε时,仿真计算结束,其中,ε为常数;当大于ε时,重复步骤三至步骤七,直到第k次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值与第k-1次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值之间的最大偏差小于或等于ε时,仿真计算结束。
示例性地,当大于ε,重复步骤三至步骤七时,第k次仿真计算时直流线路的直流电流的值为:其中,为第k次仿真计算时直流线路的第一端的换流站的直流电压,为第k次仿真计算时直流线路的第二端的换流站的直流电压,为第k次仿真计算时直流线路的等效受控电流源的值。在获取了第k次仿真计算时直流线路的直流电流的值之后,即可在第k+1次仿真计算时,利用第k次仿真计算时直流线路的直流电流的值获得第k+1次仿真计算时直流线路的等效受控电流源的值。
示例性地,当大于ε,重复步骤三至步骤七时,第k次仿真计算时柔性直流换流站的对地电流的值为:其中,为第k次仿真计算时柔性直流换流站的直流电压,为第k次仿真计算时柔性直流换流站的等效受控电流源的值。在获取了第k次仿真计算时柔性直流换流站的对地电流的值之后,即可在第k+1次仿真计算时,利用第k次仿真计算时柔性直流换流站的对地电流的值获得第k+1次仿真计算时柔性直流换流站的等效受控电流源的值。
示例性地,上述第k次仿真计算得到的所述柔性直流换流站的等效受控电流源与第k-1次仿真计算得到的所述柔性直流换流站的等效受控电流源之间的最大偏差为:其中,i=1,2,...,M;上述常数ε的取值范围为可以为小于或等于0.001的正整数,从而使得通过上述仿真方法获得的仿真结果的误差更小,能够提高对端混合直流输电系统的仿真精度,有利于工作人员根据该仿真结果准确分析出多端直流输电系统的动态性能和运行稳定性。
为了本领域技术人员更好的理解与实施上述多端混合直流输电系统机电暂态仿真方法,下面本发明实施例将给出一个上述多端混合直流输电系统机电暂态仿真方法的应用举例:
示例性地,如图5所示,该多端混合直流输电系统包括整流站1、第一逆变站2和第二逆变站3,其中,整流站1为常规直流换流站,第一逆变站2和第二逆变站3均为柔性直流换流站,每个换流站均通过交流线路与一台发电机相连。整流站1通过第一条直流线路L1与第一逆变站2相连,第一逆变站2通过第二条直流线路L2与第二逆变站3相连。
需要说明的是,本发明实施例中只对多端混合直流输电系统的直流系统部分的仿真方法进行说明,不涉及交流线路和发电机部分。
首先,获取上述多端混合直流输电系统的等效电路。
具体地,将整流站等效为如图2所示的等效电路,其中,整流站的等效恒定电流源的值设定为Ieq-LCC,kT为整流站中变压器的变比,Vt为整流站的换流母线的交流线电压的有效值,θ为整流站中换流器的控制角(即整流器的触发角),Xc为整流站中变压器的等效电抗;整流站的等效恒定电阻的值设定为Req-LCC,nt为整流站中换流器的桥数。
将每个逆变站等效为如图3所示的等效电路,其中,第一逆变站的等效受控电流源的值设定为Ieq-VSC1,Pdc1为第一逆变站的直流功率,Udc-VSC1为第一逆变站的直流电压,Cvsc1为第一逆变站中换流器(即逆变器)的等效电容,Δt为多端混合直流输电系统机电暂态仿真的仿真步长,U'dc-VSC1为上一仿真步长时第一逆变站的直流电压,I'C1为上一仿真步长时第一逆变站的对地电流,第一逆变站的等效恒定电阻的值设定为Req-VSC1,第二逆变站的等效受控电流源的值设定为Ieq-VSC2,Pdc2为第二逆变站的直流功率,Udc-VSC2为第二逆变站的直流电压,Cvsc2为第二逆变站中换流器(即逆变器)的等效电容,Δt为多端混合直流输电系统机电暂态仿真的仿真步长,U'dc-VSC2为上一仿真步长时第二逆变站的直流电压,I'C2为上一仿真步长时第二逆变站的对地电流,第二逆变站的等效恒定电阻的值设定为Req-VSC2,
将每个直流线路等效为如图4所示的等效电路,其中,第一条直流线路的等效受控电流源的值设定为Ihist1,U'dc1为上一仿真步长时整流站的直流电压,U'dc2为上一仿真步长时第一逆变站的直流电压(即上述Udc-VSC1),R1为第一条直流线路的实际电阻,L1为第一条直流线路的实际电感,I′line1为上一仿真步长时第一条直流线路的直流电流,第一条直流线路的等效恒定电阻的值设定为Rline1,Rline1=R1+2L1/Δt;第二条直流线路的等效受控电流源的值设定为Ihist2,U'dc3为上一仿真步长时第二逆变站的直流电压(即上述Udc-VSC2),R2为第二条直流线路的实际电阻,L2为第二条直流线路的实际电感,I′line2为上一仿真步长时第二条直流线路的直流电流;第二条直流线路的等效恒定电阻的值设定为Rline2,Rline2=R2+2L2/Δt。
将整流站的等效电路、第一逆变站的等效电路、第二逆变站的等效电路、第一条直流线路的等效电路和第二条直流线路的等效电路,按照上述多端直流输电系统中的连接关系进行连接,获得如图6所示的多端混合直流输电系统的等效电路。
然后,根据如图6所示的多端混合直流输电系统的等效电路,即可获得多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y和由整流站和各逆变站的注入电流值组成的列向量I:
接着,通过以下步骤获得由整流站和各逆变站的直流电压值组成的列向量V:
步骤一,设定第一逆变站和第二逆变站的直流电压的初始值为为800kV。
步骤二,根据第一逆变站和第二逆变站的直流电压的初始值获得第一逆变站的等效受控电流源的初始值和第二逆变站的等效受控电流源的初始值
步骤三,根据第一逆变站的等效受控电流源的初始值第二逆变站的等效受控电流源的初始整流站的等效恒定电流源的值Ieq-LCC、第一条直流线路的等效受控电流源的值Ihist1和第二条直流线路的等效受控电流源的值Ihist2,获得由整流站和各逆变站的注入电流值组成的初始列向量I0。
步骤四,根据多端混合直流系统的等效电路的导纳矩阵Y和由整流站和各逆变站的注入电流值组成的初始列向量I0,获取由整流站和各逆变站的直流电压值组成的初始列向量V0。
步骤五,根据由整流站和各逆变站的直流电压值组成的初始列向量V0,获得第1次仿真计算得到的第一逆变站的直流电压和第二逆变站的直流电压
步骤六,根据第1次仿真计算得到的第一逆变站的直流电压和第二逆变站的直流电压获得第1次仿真计算得到的第一逆变站的等效受控电流源的值和第1次仿真计算得到的第二逆变站的等效受控电流源的值
步骤七,根据第一逆变站和第二逆变站的等效受控电流源的初始值第1次仿真计算得到的第一逆变站的等效受控电流源的值和第1次仿真计算得到的第二逆变站的等效受控电流源的值获得第一逆变站的等效受控电流源的初始值与第1次仿真计算得到的第一逆变站的等效受控电流源的值之间的偏差以及第二逆变站的等效受控电流源的初始值与第1次仿真计算得到的第二逆变站的等效受控电流源的值之间的偏差取与中的较大的值为
步骤八,当小于或等于ε时,仿真计算结束,其中,设定ε的值为0.001;当大于ε时,重复步骤三至步骤七,直到第k次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值与第k-1次仿真计算得到的柔性直流换流站的等效受控电流源的值之间的最大偏差小于或等于ε时,仿真计算结束,其中,
示例性地,当大于ε,重复步骤三至步骤七时,第k次仿真计算时任意一条直流线路的直流电流的值为:其中,为第k次仿真计算时任意一条直流线路的第一端的换流站的直流电压,为第k次仿真计算时任意一条直流线路的第二端的换流站的直流电压,为第k次仿真计算时任意一条直流线路的等效受控电流源的值。在获取了第k次仿真计算时任意一条直流线路的直流电流的值之后,即可在第k+1次仿真计算时,利用第k次仿真计算时任意一条直流线路的直流电流的值获得第k+1次仿真计算时任意一条直流线路的等效受控电流源的值。
示例性地,当大于ε,重复步骤三至步骤七时,第k次仿真计算时任意一个柔性直流换流站(本实施例中为第一逆变站和第二逆变站)的对地电流的值为:其中,为第k次仿真计算时任意一个柔性直流换流站的直流电压,为第k次仿真计算时任意一个柔性直流换流站的等效受控电流源的值。在获取了第k次仿真计算时任意一个柔性直流换流站的对地电流的值之后,即可在第k+1次仿真计算时,利用第k次仿真计算时任意一个柔性直流换流站的对地电流的值获得第k+1次仿真计算时任意一个柔性直流换流站的等效受控电流源的值。
最后,即可根据通过以上步骤获得的由多端混合直流系统中整流站和各逆变站的注入电流值组成的列向量I和由整流站和各逆变站的直流电压值组成的列向量V,获得上述对多端混合直流系统的机电暂态仿真结果,根据该仿真结果,就能够准确地分析出上述多端直流输电系统的动态性能和运行稳定性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。