CN107370174A - 一种高压直流输电系统简化建模方法 - Google Patents

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张侃君
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文博
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王婷
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Abstract

本发明提供了一种高压直流输电系统简化建模方法，包括步骤一、根据建模目标进行高压直流输电一次系统1:1建模；步骤二、以换流器触发角控制单元(CFC)为核心，构建高压直流输电控制系统简化模型；步骤三、根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，构建高压直流输电保护系统简化模型；步骤四、将高压直流输电一次系统模型与控制保护系统模型进行联调，采用比对故障录波方式修正模型。本发明实现了对高压直流输电系统仿真建模的有效简化，大幅提高了目前高压直流输电系统仿真模型的灵活性和适应性。本发明同样适用于特高压直流输电系统的建模。

Description

一种高压直流输电系统简化建模方法
技术领域
本发明涉及仿真建模领域，具体是一种高压直流输电系统简化建模方法。
背景技术
近年来，高压直流输电技术在世界范围内被广泛应用，尤其在我国，大量的长距离、大功率高压直流输电工程被规划、新建、投运。高压输电技术高速发展、广泛应用的同时，也对高压直流输电系统的仿真建模技术提出了更高的要求。
目前，高压直流输电系统的建模方法众多，其中主流的机电暂态建模方法存在仿真精度不足的问题，高仿真精度的电磁暂态建模方法则建模过于复杂且仿真效率低下。而将高压直流输电控制保护系统源程序集成到仿真模型的建模方法，虽然能够兼顾仿真精度和效率，但由于目前世界范围内尚未形成高压直流输电工程标准化设计体系，其无法应用于不同高压直流输电工程。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高压直流输电系统建模的简化方法，实现了对高压直流输电系统仿真建模的有效简化，大幅提高了目前高压直流输电系统仿真模型的灵活性和适应性，本发明同样适用于特高压直流输电系统建模。
本发明的目的是以下技术方案实现的：
一种高压直流输电系统简化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据建模目标进行高压直流输电一次系统1:1建模，高压直流输电一次系统1:1建模内容包括高压直流输电系统主要一次设备：交流电网等效电源、换流变压器、换流器、交直流滤波器、平波电抗器、接地极、冲击电容器、关键断路器、直流线路、极母线、中性母线；
步骤二、以换流器触发角控制单元(CFC)为核心，构建高压直流输电控制系统简化模型；
步骤三、根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，构建高压直流输电保护系统简化模型；
步骤四、将高压直流输电一次系统模型与步骤二得到的高压直流输电控制系统简化模型和步骤三得到的高压直流输电保护系统简化模型进行联调，采用比对故障录波方式修正模型。
进一步的，所述步骤二中模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块；
以CFC为核心，即搭建CFC及其周边控制模块，简化高压直流输电控制系统中加强电子设备可靠性而不会真正影响到直流输电控制系统仿真模型动态响应特性的功能，CFC及其周边控制模块包括：最大alpha角控制功能AMAX、gamma0启动功能GAMM0START、整流侧alpha角限制功能RAML、电压和alpha角参考值计算功能VARC、交流电压幅值计算功能UACCALC、电流放大器限制值选取功能CCALIM、电压放大器功能VCAREG、电流放大器功能CCA、换相失败预测功能CFPREV、低压限流功能VDCOL、极功率控制功能PPC、再启动功能RL。
进一步的，所述步骤三中模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块；
根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，即搭建高压直流输电保护系统主要功能模块，主要包括：阀短路保护、换流器差动保护、换相失败保护、直流极母线差动保护、直流线路纵差保护、直流线路行波保护、直流谐波保护，并根据实际仿真分析需求，对以上各保护功能模块进行针对性的保留，以达到简化高压直流输电保护系统建模的目的。
本发明实现了对高压直流输电系统仿真建模的有效简化，大幅提高了目前高压直流输电系统仿真模型的灵活性和适应性。本发明同样适用于特高压直流输电系统的建模。
附图说明
图1为本发明高压直流输电系统简化结构示意图；
图2为本发明高压直流输电控制系统简化结构示意图；
图3为本发明CFC及其周边功能模块控制逻辑框图；
图4为本发明高压直流输电保护系统保护分区示意图；
图5为直流线路电压、电流的仿真波形和实际故障录波波形；
图6为整流站触发角指令的仿真波形和实际故障录波波形。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种高压直流输电系统简化建模方法，包括如下步骤：
步骤一、根据建模目标进行高压直流输电一次系统1:1建模。
高压直流输电一次系统采用1:1方式建模，包括：交流电网等效电源、换流变压器、换流器、交直流滤波器、平波电抗器、接地极、冲击电容器、关键断路器、直流线路、极母线、中性母线等重要一次设备的模型。
步骤二、以换流器触发角控制单元(CFC)为核心，构建高压直流输电控制系统简化模型。
所述步骤二的具体包括以下内容：
模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块。
以CFC为核心，即搭建CFC及其周边控制模块，简化高压直流输电控制系统中监视、切换、冗余等众多旨在加强电子设备可靠性而不会真正影响到直流输电控制系统仿真模型动态响应特性的功能。
CFC及其周边控制模块包括：最大alpha角控制功能AMAX、gamma0启动功能GAMM0START、整流侧alpha角限制功能RAML、电压和alpha角参考值计算功能VARC、交流电压幅值计算功能UACCALC、电流放大器限制值选取功能CCALIM、电压放大器功能VCAREG、电流放大器功能CCA、换相失败预测功能CFPREV、低压限流功能VDCOL、极功率控制功能PPC、再启动功能RL等。
由图2可知，高压直流输电控制系统主要包括：主控制器(MC)、低压限流控制器(VDCOL)、电流控制放大器(CCA)、换流器触发控制器(CFC)、电流检测单元(CMU)。其中CFC是整个系统的核心部分，直接作用于换流单元，周边各功能模块的实现都体现于其输出。因此，选择以CFC作为中心对其及其周边各相关功能模块进行简化建模研究，如图3所示。
根据图3中CFC及其周边各相关功能模块在实际工程的作用，对其进行进一步简化，将对仿真模型动态响应特性影响较小和不起作用的功能模块进行简化和删除，有原则如下：
1)OLT主要用于新投运或重新投运直流线路的开路试验，在仿真中需求不大，本文将其全部删减；
2)PLL和PCO主要用于实际工程中对触发角的测量和校正，本文对该功能进行简化处理；
3)VDCOL在实际工程中能够控制自身特性曲线的斜率，以改变电流下降或上升的速度，对其该功能进行简化处理；
步骤三、根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，构建高压直流输电保护系统简化模型。
所述步骤三的具体包括以下内容：
模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块。
根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，即搭建高压直流输电保护系统主要功能模块，如图4所示，主要包括：阀短路保护、换流器差动保护、换相失败保护、直流极母线差动保护、直流线路纵差保护、直流线路行波保护、直流谐波保护等，并根据实际仿真分析需求，对以上各保护功能模块进行针对性的保留，以达到简化高压直流输电保护系统建模的目的。
步骤四、如图1所示，将高压直流输电一次系统模型与控制保护系统模型(即步骤二得到的高压直流输电控制系统简化模型和步骤三得到的高压直流输电保护系统简化模型)进行联调，采用比对故障录波的方式修正模型。
本发明能够根据实际仿真分析需要对建模对象进行局部精确或简化建模，能够根据不同应用对象的工程特点对仿真模型进行灵活修改。
下面对典型故障：直流线路故障进行仿真说明：
一、仿真对象介绍：
2013年9月24日09点34分，龙泉换流站极Ⅱ直流线路故障，线路突变量保护动作，全压启动不成功。之后，欠压、纵差保护动作，全压启动成功，故障点距龙泉站670.3km。
事件发生前，龙泉换流站处于双极大地运行方式，龙泉换流站送政平换流站功率为3000MW。本次事件未损失负荷。本次事件中，直流控制保护动作正确。经对故障录波数据进行分析，推导出极Ⅰ闭锁过程的主要事件时序，见表1(以故障发生时刻为零时刻)。
表1龙泉换流站极Ⅱ线路故障重启事件时序表
时刻/ms 事件
0 故障发生
10.8 控制系统移相
179.0 直流系统第一次全压重启失败
365.2 控制系统移相
562.8 直流系统第二次全压重启成功
二、仿真结果及分析：
将采用本发明方法构建的简化模型的仿真结果与实际直流线路故障的录波数据进行对比，结合图5、图6分析可知，直流线路电压、电流以及触发角指令的仿真波形和实际故障录波波形三者趋势一致，数值偏差较小。
根据仿真模型和实际录波的对比发现，仿真结果与现场录波能较好的吻合，主特征波形在时间、趋势和幅值三个层面都响应正确。由此可知，本发明构建的高压直流输系统简化模型的正确性，其在直流系统故障时，提供了正确的控制特性。
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，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高压直流输电系统简化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据建模目标进行高压直流输电一次系统1:1建模，高压直流输电一次系统1:1建模内容包括高压直流输电系统主要一次设备：交流电网等效电源、换流变压器、换流器、交直流滤波器、平波电抗器、接地极、冲击电容器、关键断路器、直流线路、极母线、中性母线；
步骤二、以换流器触发角控制单元(CFC)为核心，构建高压直流输电控制系统简化模型；
步骤三、根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，构建高压直流输电保护系统简化模型；
步骤四、将高压直流输电一次系统模型与步骤二得到的高压直流输电控制系统简化模型和步骤三得到的高压直流输电保护系统简化模型进行联调，采用比对故障录波方式修正模型。
2.如权利要求1所述的高压直流输电系统简化建模方法，其特征在于，所述步骤二中模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块；
以CFC为核心，即搭建CFC及其周边控制模块，简化高压直流输电控制系统中加强电子设备可靠性而不会真正影响到直流输电控制系统仿真模型动态响应特性的功能，CFC及其周边控制模块包括：最大alpha角控制功能AMAX、gamma0启动功能GAMM0START、整流侧alpha角限制功能RAML、电压和alpha角参考值计算功能VARC、交流电压幅值计算功能UACCALC、电流放大器限制值选取功能CCALIM、电压放大器功能VCAREG、电流放大器功能CCA、换相失败预测功能CFPREV、低压限流功能VDCOL、极功率控制功能PPC、再启动功能RL。
3.如权利要求1所述的高压直流输电系统简化建模方法，其特征在于，所述步骤三中模型构建方式采用自定义方式，即完全采用建模平台自带自定义模块；
根据实际仿真分析需求及建模平台边界，确定高压直流输电保护系统的建模范围，即搭建高压直流输电保护系统主要功能模块，主要包括：阀短路保护、换流器差动保护、换相失败保护、直流极母线差动保护、直流线路纵差保护、直流线路行波保护、直流谐波保护，并根据实际仿真分析需求，对以上各保护功能模块进行针对性的保留，以达到简化高压直流输电保护系统建模的目的。
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