CN110518616B - 基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对交直流互联系统提出了一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法。该方法首先基于一阶电路的响应形式建立交直流系统暂态响应的预测模型;然后根据对称分量法对换流母线电压三相分量进行分解,得到换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;最后基于最小二乘法原理对响应预测模型中各参数进行拟合,计算换相电压的预测值。该方法能在系统故障后快速预测换流母线各相电压,有助于及时制定和采取紧急控制措施,对维持电力系统稳定运行具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统态势感知及趋势预测技术领域,特别是一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法。
背景技术
我国地域辽阔但能源分布很不均衡。能源丰富的西部地区与东部负荷中心距离较远,需要电能的远距离传输。高压直流输电系统因其可控性强、输电容量大、输电损耗小等优点被广泛用于远距离输电。
换相失败一直以来都是高压直流输电系统最常见的故障之一。换相失败会导致直流传输功率迅速下降,引起交流系统电压、电流的波动。严重情况下会引起连续、相继换相失败,造成直流闭锁甚至大规模停电事故。
目前工程上对于换相失败的判据主要是根据换流母线电压的幅值来制定的。在某些无功补偿容量较小的HVDC系统中,由于线路呈感性,因此交直流系统在暂态过渡期间可以等效为一阶RL电路。基于此可对换流母线电压进行预测,有助于及时制定并采取预防控制措施,对提升电力系统稳定性具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,提出一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法。
该方法首先基于一阶电路的响应形式建立交直流系统暂态响应的预测模型,然后根据对称分量法对换流母线电压三相分量进行分解,得到换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;最后基于最小二乘法原理对响应预测模型中各参数进行拟合,计算换相电压的预测值。该方法能在系统故障后快速预测换流母线各相电压,有助于及时制定和采取紧急控制措施,对维持电力系统稳定运行具有重要意义。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案如下:
一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法,包括如下步骤:
(1)基于一阶电路响应形式,建立交直流系统暂态响应的预测模型;
(2)收集换流母线三相电压数据;
(3)计算换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;
(4)基于最小二乘法原理,对响应预测模型中的参数进行拟合;
(5)预测换相电压三相分量。
进一步的,所述步骤(1)中交直流系统暂态响应预测模型的建立包括如下步骤:
(11)根据电力系统参数及储能元件的特点,得到暂态过程中的时域响应形式:
(12)根据下式计算f(t)稳态分量及暂态分量的傅里叶展开系数:
式中,ω0=100π(rad/s)为系统基频角速度,T=2π/ω0表示采样周期;An为稳态分量n倍频分量的系数,Xn为暂态分量n倍频分量的系数;特殊的,n=0表示直流分量,n=1表示基频分量;j表示虚数单位;
式中,ψn′、ψn″分别表示实部及虚部的变化函数,θn′={μ0,μ1,τ}及θn″={ν0,ν1,τ}分别为与系统参数及初值条件相关的参数集合;μ0、μ1、ν0、ν1为计算的中间变量,具体可根据下式计算得到:
进一步的,所述步骤(2)中的收集换流母线三相电压数据的具体实现方法为:以故障发生/恢复时刻为零时刻,在预测第N+1周波换相电压的情况下,以采样频率fs采集[0,NT]时间段内换流母线的三相电压ea、eb、ec。
进一步的,所述步骤(3)中计算换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数的具体实现步骤为:
(31)根据下式计算一个采样周波内的采样点数M:
M=floor(Tfs)
式中:floor表示向下取整函数;
式中,n表示所求傅里叶展开系数对应的频次;
进一步的,所述步骤(4)中响应预测模型中的参数的拟合,具体实现方法为:
进一步的,所述步骤(5)中换相电压预测的具体实现步骤为:
有益效果:
本发明提出了一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法,与现有方法相比,该方法将暂态过程中的交直流系统等效为一阶RL等值电路,并建立了交直流系统暂态响应预测模型;然后根据对称分量法对换流母线电压三相分量进行分解,得到换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;最后基于最小二乘法原理对响应预测模型中各参数进行拟合,计算换相电压的预测值。该方法能在系统故障后快速预测换流母线各相电压,有助于及时制定和采取紧急控制措施,对维持电力系统稳定运行具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图;
图2为本发明实施例的CIGRE高压直流输电基准模型示意图;
图3为本发明实施例的换相电压三序分量实部预测值及真实值对比图。
具体实施方式
如图1所示,本发明实施例提供的一种基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法,包括:
步骤S1:基于一阶电路响应形式,建立交直流系统暂态响应的预测模型;
步骤S2:收集换流母线三相电压数据;
步骤S3:计算换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;
步骤S4:基于最小二乘法原理,对响应预测模型中的参数进行拟合;
步骤S5:预测换相电压三相分量。
本实施例以CIGRE高压直流输电基准模型为例进行分析,其模型结构如图2所示。该测试系统在PSCAD/EMTDC中搭建,直流侧电压500kV,直流容量为1000MW,本实施例中忽略了线路的电容。故障设置在逆变侧换流母线处,1.0s发生a相短路,故障持续时间为0.1s,接地电阻为30Ω。
进一步的,步骤S1中交直流系统暂态响应预测模型的建立具体可分为如下步骤:
步骤S11:根据电力系统参数及储能元件的特点,得到暂态过渡过程中的时域响应形式:
步骤S12:根据下式计算f(t)稳态分量及暂态分量的傅里叶展开系数:
式中,ω0=100π(rad/s)为系统基频角速度,T=2π/ω0表示采样周期;An为稳态分量n倍频分量的系数,Xn为暂态分量n倍频分量的系数;特殊的,n=0表示直流分量,n=1表示基频分量;j表示虚数单位;
式中,ψ′n、ψ″n分别表示实部及虚部的变化函数,θ′n={μ0,μ1,τ}及θ″n={ν0,ν1,τ}分别为与系统参数及初值条件相关的参数集合;μ0、μ1、v0、ν1为计算的中间变量,具体可根据下式计算得到:
进一步的,在本实施例中,步骤S2所述的收集换流母线三相电压数据,其具体实现方法为:以故障发生/恢复时刻为零时刻,在预测第N+1周波换相电压的情况下,以采样频率fs采集[0,NT]时间段内换流母线的三相电压ea、eb、ec;本实施例中fs=0.1MHz;
进一步的,本实施例中步骤S3所述的计算换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数,其具体实现步骤为:
步骤S31:根据下式计算一个采样周波内的采样点数M:
M=floor(Tfs)
式中:floor表示向下取整函数;本实施例中,M=2000;
式中,n表示所求傅里叶展开系数对应的频次;
进一步的,本实施例中步骤S4所述响应的预测模型参数的拟合,具体实现方法为:
进一步的,本实施例中步骤S5所述的换相电压预测的具体实现步骤为:
特别的,本实施例中,以基频分量和二倍频分量为例,本发明方法换流母线电压三序分量的实部分量在故障恢复后4~8周波内的预测值和真实值对比如图3所示,图中数据均取标幺值。从图中可以看出,三序分量的实部分量预测误差较小,且随着周波数的增加预测的准确性会进一步提升。将三序分量转换为三相分量,对比4~8周波内换相电压三相分量的预测值与实际值的差异,结果如表1所示。
表1换相电压基波及谐波分量预测值与实际值对比
(a)f=50Hz
(b)f=100Hz
由表中数据可知,在故障恢复后4~8周波内换相过程中三相电压各频次分量的预测误差较小,说明了本发明方法的有效性。
Claims (3)
1.基于一阶电路响应的交直流系统换相电压预测方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)基于一阶电路响应形式,建立交直流系统暂态响应的预测模型;
(2)收集换流母线三相电压数据;
(3)计算换流母线电压三序分量的傅里叶展开系数;
(4)基于最小二乘法原理,对响应预测模型中的参数进行拟合;
(5)预测换相电压;
其中,所述步骤(1)中交直流系统暂态响应预测模型的建立包括如下步骤:
(11)根据电力系统参数及储能元件的特点,得到暂态过程中的时域响应形式:
(12)根据下式计算f(t)稳态分量及暂态分量的傅里叶展开系数:
式中,ω0=100π(rad/s)为系统基频角速度,T=2π/ω0表示采样周期;An为稳态分量n倍频分量的系数,Xn为暂态分量n倍频分量的系数;特殊的,n=0表示直流分量,n=1表示基频分量;j表示虚数单位;
式中,ψ′n、ψ″n分别表示实部及虚部的变化函数,θ′n={μ0,μ1,τ}及θ″n={ν0,ν1,τ}分别为与系统参数及初值条件相关的参数集合;μ0、μ1、ν0、ν1为计算的中间变量,具体可根据下式计算得到:
所述步骤(2)中的收集换流母线三相电压数据的具体实现方法为:以故障发生/恢复时刻为零时刻,在预测第N+1周波换相电压的情况下,以采样频率fs采集[0,NT]时间段内换流母线的三相电压ea、eb、ec;
所述步骤(4)中响应预测模型中的参数的拟合,具体实现方法为:
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