CN112018768B - 多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置 - Google Patents

多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置 Download PDF

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CN112018768B CN202010714759.1A CN202010714759A CN112018768B CN 112018768 B CN112018768 B CN 112018768B CN 202010714759 A CN202010714759 A CN 202010714759A CN 112018768 B CN112018768 B CN 112018768B
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Abstract

本发明公开了一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，包括：建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。本发明能实现反映换流器间的谐波相互作用，且无需采用传递函数，大大降低了数据处理的复杂度和计算量。本发明还公开了一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置。

Description

多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置
技术领域
本发明涉及多端柔性直流输电系统技术领域，尤其涉及一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置。
背景技术
相较于两端直流输电系统，多端柔性直流输电系统(Modular multilevelconverter based multi-terminal HVDC system，MMC-MTDC)在灵活性、可靠性上具有显著优势，为解决大规模可再生能源并网、异步电网互联、孤岛供电及远距离、大容量电力传输等问题提供了一种行之有效的方案。然而，由于各换流装置的非线性，多端柔直系统中将会引入谐波污染，并且在不同端口换流站间产生交互影响。当谐波频率与系统固有谐振频率相近时甚至会引发谐振的严重后果，影响系统的安全稳定运行。
目前，大量文献对单个模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的谐波产生机理进行了分析，交流侧背景谐波、三相不平衡以及调制方式是产生谐波的主要原因。对于多端柔性直流输电系统，由于各换流器间存在相互作用关系，其谐波传递机理更为复杂。针对其谐波传递特性，主要的研究思路是首先建立换流器的等值阻抗模型，并在此基础上分析系统的谐波交互特性，主要包括以下两种方法：其一，基于端口阻抗的分析方法，首先建立换流器直流端口的等值阻抗，通过分析端口阻抗的频率特性获得注入该节点谐波电流源的放大作用，但该方法无法获得不同换流器间的相互作用。其二，基于传递函数的分析方法，首先推导系统不同换流器端口间的传递函数，通过分析传递函数的频率特性获得谐波的传递特性，虽然可以反映换流器间的相互作用，但对于复杂网络，难以逐一列写不同端口间的传递函数。
发明内容
本发明实施例提供一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置，能实现反映换流器间的谐波相互作用，且无需采用传递函数，大大降低了数据处理的复杂度和计算量。
本发明一实施例提供一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，包括：
建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；
根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；
对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；
根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
作为上述方案的改进，所述多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型具有用于输出直流端口电压的电源正极端和电源负极端；所述电源正极端、所述电源负极端均与外部电路连接；
所述MMC直流侧等值电路模型包括MMC直流侧等效电容、MMC直流侧等效电阻、MMC直流侧等效电感及谐波电流源；
所述MMC直流侧等效电容并联在所述谐波电流源的两端；所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻的一端连接，所述MMC直流侧等效电阻的另一端与所述MMC直流侧等效电感的一端连接，所述MMC直流侧等效电感的另一端与所述电源正极端连接；所述谐波电流源的负极端与所述电源负极端连接。
作为上述方案的改进，所述建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型，包括：
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电容：
Ceq＝6C/N (1)
其中，Ceq为所述MMC直流侧等效电容，C为MMC的子模块电容，N为MMC桥臂的子模块个数；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电阻：
Req＝2R0/3 (2)
其中，Req为所述MMC直流侧等效电阻，R0为MMC的桥臂等效电阻；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电感：
Leq＝2L0/3 (3)
其中，Leq为所述MMC直流侧等效电感，L0为MMC的桥臂电抗；
通过以下公式确定所述谐波电流源：
Figure BDA0002597744890000031
其中，S(1)、S(2)、S(0)分别表示MMC上桥臂的平均开关函数的正、负、零序分量，x(1)、x(2)、x(0)分别表示交流侧电流的正、负、零序分量，<·>k表示变量的k阶动态相量，与变量的k次谐波对应，k和y均为整数；
通过以下公式确定所述MMC上桥臂的平均开关函数：
Figure BDA0002597744890000032
其中，Sm为m相MMC上桥臂的平均开关函数，nup为MMC上桥臂需要投入的子模块数，UC是MMC的子模块电容电压平均值，um(t)为m相电压调制波瞬时值，m＝a,b,c。
作为上述方案的改进，根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型，包括：
采用预设的等效电感模拟直流电抗器；
采用预设的π型集中参数模型进行模拟，得到直流输电线路等值电路模型；
根据所述MMC直流侧等值电路模型、所述直流电抗器及所述直流输电线路等值电路模型，构建所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型。
作为上述方案的改进，对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵，具体包括：
根据所述等值电路模型，获得所述多端柔性直流输电系统的节点导纳矩阵；
对所述节点导纳矩阵进行矩阵求逆，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵。
作为上述方案的改进，所述根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性，包括：
绘制所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线；
判断所述节点阻抗矩阵的元素Zij中节点j与节点i是否为同一换流器的节点；其中，所述节点j为所述MMC直流侧等值电路模型中所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻之间的连接点，所述节点i为所述电源正极端与所述外部电路之间的连接点，所述节点阻抗矩阵的元素Zij反映节点j所在的换流器的谐波电流源对节点i所在的换流器的直流端口电压的作用；
当节点j与节点i为同一换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了换流器的谐波电流源对自身直流端口电压谐波的作用；
当节点j与节点i为不同换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了不同换流器间的相互作用；
通过分析所述频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
作为上述方案的改进，所述方法还包括：
通过改变系统参数，绘制所述节点阻抗矩阵的元素对应的频率特性曲线，以获得各系统参数对谐波传递特性的影响；其中，所述系统参数包括MMC的子模块电容、MMC的桥臂电抗、所述直流电抗器对应的直流电抗及直流输电线路参数。
本发明另一实施例对应提供了一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置，包括：
MMC直流侧等值电路模型构建模块，用于建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；
等值电路模型构建模块，用于根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；
等值电路模型分析模块，用于对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；
谐波传递特性分析模块，用于根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
本发明另一实施例提供了一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法。
本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法。
相比于现有技术，本发明实施例公开的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法及装置，包括：建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型，根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型，对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。首先，通过构建MMC直流侧等值电路模型，不仅能反映MMC的直流侧谐波阻抗，又能反映交流侧谐波电流对直流侧谐波的传递作用，以及MMC调制方式所产生的特征谐波；其次，通过分析节点阻抗矩阵中各元素的频率特性获得系统的谐波传递特性，不仅能获得换流器直流谐波电流源对自身端口电压谐波的作用，还能反映不同换流器间的谐波相互作用，且节点阻抗矩阵的获取方法简单，同时本发明无需采用高阶传递函数即可获得换流器间的相互作用关系，大大降低了数据处理的复杂度和计算量；再是，本发明可适用于复杂直流网络的谐波传递特性分析，具有适用范围广和计算清晰简便的特点。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的MMC直流侧等值电路模型的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的多端柔性直流输电系统的等值电路模型的一具体结构的示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置的结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明一实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法的流程示意图，所述方法包括步骤S101至S104。
S101、建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型。
在一具体实施例中，参见图2，是本发明一实施例提供的MMC直流侧等值电路模型的结构示意图，所述多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型具有用于输出直流端口电压udc的电源正极端和电源负极端；所述电源正极端、所述电源负极端均与外部电路连接；
所述MMC直流侧等值电路模型包括MMC直流侧等效电容Ceq、MMC直流侧等效电阻Req、MMC直流侧等效电感Leq及谐波电流源Idcs；
所述MMC直流侧等效电容Ceq并联在所述谐波电流源Idcs的两端；所述谐波电流源Idcs的正极端与所述MMC直流侧等效电阻Req的一端连接，所述MMC直流侧等效电阻Req的另一端与所述MMC直流侧等效电感Leq的一端连接，所述MMC直流侧等效电感Leq的另一端与所述电源正极端连接；所述谐波电流源Idcs的负极端与所述电源负极端连接。
在上述实施例的基础上，在一些实施例中，建立模块化换多电平换流器直流侧等值电路模型，包括：
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电容Ceq：
Ceq＝6C/N (1)
其中，Ceq为所述MMC直流侧等效电容，C为MMC的子模块电容，N为MMC桥臂的子模块个数；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电阻Req：
Req＝2R0/3 (2)
其中，Req为所述MMC直流侧等效电阻，R0为MMC的桥臂等效电阻；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电感Leq：
Leq＝2L0/3 (3)
其中，Leq为所述MMC直流侧等效电感，L0为MMC的桥臂电抗；
通过以下公式确定所述谐波电流源Idcs：
Figure BDA0002597744890000081
其中，S(1)、S(2)、S(0)分别表示MMC上桥臂的平均开关函数的正、负、零序分量，x(1)、x(2)、x(0)分别表示交流侧电流的正、负、零序分量；<·>k表示变量的k阶动态相量，与变量的k次谐波对应，k和y均为整数，如<S(1)>k-y表示为平均开关函数的正序分量的k-y阶动态相量。直流侧谐波电流源可以反映交流侧谐波电流对直流侧谐波电流的传递作用。
另外，由于换流器的调制作用，平均开关函数将含有由调制作用引起的特征谐波含量，因此该谐波电流源还可以反映调制作用对直流侧谐波电流的影响。通过以下公式确定所述多端柔性直流输电系统上桥臂的平均开关函数：
Figure BDA0002597744890000082
其中，Sm为m相上桥臂的平均开关函数，nup为MMC上桥臂需要投入的子模块数，UC是子模块电容电压平均值，um(t)为m相电压调制波瞬时值，m＝a,b,c，round(x)为取与x最接近的整数函数。
在本实施例中，通过准确地构建MMC直流侧等值电路模型，不仅能反映MMC的直流侧谐波阻抗，又能反映交流侧谐波电流对直流侧谐波的传递作用，以及MMC调制方式所产生的特征谐波。
S102、根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型。
在一些实施例中，步骤S102包括：
采用预设的等效电感模拟直流电抗器；
采用预设的π型集中参数模型进行模拟，得到直流输电线路等值电路模型；
根据所述MMC直流侧等值电路模型、所述直流电抗器及所述直流输电线路等值电路模型，构建所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型。
需要说明的是，当直流输电线路较长，单个π型集中参数模型无法准确模拟直流线路分布式参数模型时，可采用多个π型集中参数模型进行模拟，集中参数模型个数由线路长度决定。
S103、对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵。
在一具体实施例中，步骤S103包括：
根据所述等值电路模型，获得所述多端柔性直流输电系统的节点导纳矩阵；
对所述节点导纳矩阵进行矩阵求逆，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵。
在本发明中，多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵可通过节点导纳矩阵求逆的方式获得，获取方法简单，因此无需采用高阶传递函数即可获得换流器间的相互作用关系，大大降低了数据处理的复杂度和计算量。
S104、根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
在一些实施例中，步骤S104包括：
绘制所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线；
判断所述节点阻抗矩阵的元素Zij中节点j与节点i是否为同一换流器的节点；其中，所述节点j为所述MMC直流侧等值电路模型中所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻之间的连接点，所述节点i为所述电源正极端与所述外部电路之间的连接点，所述节点阻抗矩阵的元素Zij反映节点j所在的换流器的谐波电流源对节点i所在的换流器的直流端口电压的作用；
当节点j与节点i为同一换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了换流器的谐波电流源对自身直流端口电压谐波的作用；
当节点j与节点i为不同换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了不同换流器间的相互作用；
通过分析所述频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
示例性的，参见图3，是本发明一实施例提供的多端柔性直流输电系统的等值电路模型的一具体结构的示意图，以四端直流电网为例，对多端柔性直流输电系统的谐波传递特性进行说明。假设四端直流电网直流线路为环形结构，连接四个不同的换流站，直流输电线路等效为单一π型等值模型，得到四端直流电网的等值电路模型如图3所示。图3中Ldc表示直流(平波)电抗器，Rlpq、Llpq、Clpqr(p,q∈{1,2,3,4}且p≠q，r∈{1,2})分别表示换流站p和q之间直流线路的等效电阻、等效电感和等效电容。直流输电线路等值电路模型为呈环状连接拓扑，共包含四端直流线路，从上开始顺时针，分别为换流站1和换流站2之间的直流线路l12，换流站2和换流站4之间的直流线路l24，换流站4和换流站3之间的直流线路l43，换流站3和换流站1之间的直流线路l31。直流输电线路等值电路模型采用单一π型等值电路模型，其中l12和l24的交点命名为节点10，l24和l43的交点命名为节点12，l43和l31的交点命名为节点11，l31和l12的交点命名为节点9。
具体的，以换流站1和换流站2之间的直流线路l12为例，节点9均与等效电阻Rl12的第一端、等效电容Cl121的第一端连接，等效电容Cl121的第二端接地，等效电阻Rl12的第二端与等效电感Ll12的第一端连接，节点10均与等效电感Ll12的第二端、等效电容Cl122的第一端连接，等效电容Cl122的第二端接地。直流线路l24、l43和l31同理，在此不再赘述。
换流器1～4直流侧的MMC直流侧等值电路模型中谐波电流源注入的节点分别命名为节点1、2、3、4。各MMC直流侧等值电路模型的电源正极端与直流(平波)电抗器Ldc串联后与直流线路连接，各MMC直流侧等值电路模型的电源负极端均接地。换流器1～4的MMC直流侧等值电路模型与直流(平波)电抗器之间的连接点分别命名为节点5、6、7、8，直流(平波)电抗器与直流输电线路等值电路模型的连接点分别命名为节点9、10、11、12。
当需要分析MMC1直流端口(节点5)谐波电压含量时，需要分析节点阻抗矩阵中元素Z51、Z52、Z53、Z54的频率特性曲线。其中，Z51反映了MMC1直流侧等值电路模型中谐波电流源对其自身的直流端口电压的谐波传递作用；Z52、Z53、Z54分别反映了MMC2、MMC3、MMC4直流侧等值电路模型中谐波电流源对MMC1的直流端口电压的谐波传递作用，反映了不同换流器间的相互作用。同理，可以采用该方法分析MMC2、MMC3、MMC4直流端口电压的谐波含量。因此可见，通过分析节点阻抗矩阵的元素，即可获得多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
在一些实施例中，通过改变系统参数，绘制所述节点阻抗矩阵的元素对应的频率特性曲线，以获得各系统参数对谐波传递特性的影响；其中，所述系统参数包括MMC的子模块电容、MMC的桥臂电抗、所述直流电抗器对应的直流电抗及直流输电线路参数。
在本实施例中，研究系统参数对谐波传递特性的影响。具体的，通过控制变量法，改变单一系统参数，如MMC的子模块电容、桥臂电抗、直流(平波)电抗、直流输电线路长度等，描绘多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵中元素的频率特性曲线，获得各系统参数对谐波传递作用的影响。
本发明实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，通过建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型，根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型，对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。首先，通过构建MMC直流侧等值电路模型，不仅能反映MMC的直流侧谐波阻抗，又能反映交流侧谐波电流对直流侧谐波的传递作用，以及MMC调制方式所产生的特征谐波；其次，通过分析节点阻抗矩阵中各元素的频率特性获得系统的谐波传递特性，不仅能获得换流器直流谐波电流源对自身端口电压谐波的作用，还能反映不同换流器间的谐波相互作用，且节点阻抗矩阵的获取方法简单，同时本发明无需采用高阶传递函数即可获得换流器间的相互作用关系，大大降低了数据处理的复杂度和计算量；再是，本发明可适用于复杂直流网络的谐波传递特性分析，具有适用范围广和计算清晰简便的特点。
参见图4，是本发明一实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置的结构示意图，包括：
MMC直流侧等值电路模型构建模块201，用于建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；
等值电路模型构建模块202，用于根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；
等值电路模型分析模块203，用于对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；
谐波传递特性分析模块204，用于根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
其中，所述MMC直流侧等值电路模型包括MMC直流侧等效电容、MMC直流侧等效电阻、MMC直流侧等效电感及谐波电流源；
所述MMC直流侧等效电容并联在所述谐波电流源的两端；所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻的一端连接，所述MMC直流侧等效电阻的另一端与所述MMC直流侧等效电感的一端连接，所述MMC直流侧等效电感的另一端与所述电源正极端连接；所述谐波电流源的负极端与所述电源负极端连接。
优选的，MMC直流侧等值电路模型构建模块201包括：
MMC直流侧等效电容计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电容：
Ceq＝6C/N (1)
其中，Ceq为所述MMC直流侧等效电容，C为MMC的子模块电容，N为MMC桥臂的子模块个数；
MMC直流侧等效电阻计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电阻：
Req＝2R0/3 (2)
其中，Req为所述MMC直流侧等效电阻，R0为MMC的桥臂等效电阻；
MMC直流侧等效电感计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电感：
Leq＝2L0/3 (3)
其中，Leq为所述MMC直流侧等效电感，L0为MMC的桥臂电抗；
谐波电流源计算单元，用于通过以下公式确定所述谐波电流源：
Figure BDA0002597744890000141
其中，S(1)、S(2)、S(0)分别表示MMC上桥臂的平均开关函数的正、负、零序分量，x(1)、x(2)、x(0)分别表示交流侧电流的正、负、零序分量，<·>k表示变量的k阶动态相量，与变量的k次谐波对应，k和y均为整数；
MMC上桥臂的平均开关函数计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC上桥臂的平均开关函数：
Figure BDA0002597744890000142
其中，Sm为m相MMC上桥臂的平均开关函数，nup为MMC上桥臂需要投入的子模块数，UC是MMC的子模块电容电压平均值，um(t)为m相电压调制波瞬时值，m＝a,b,c。
优选的，等值电路模型构建模块202包括：
直流电抗器模拟单元，用于采用预设的等效电感模拟直流电抗器；
直流输电线路等值电路模型模拟单元，用于采用预设的π型集中参数模型进行模拟，得到直流输电线路等值电路模型；
等值电路模型确定单元，用于根据所述MMC直流侧等值电路模型、所述直流电抗器及所述直流输电线路等值电路模型，构建所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型。
优选的，等值电路模型分析模块203包括：
节点导纳矩阵获取单元，用于根据所述等值电路模型，获得所述多端柔性直流输电系统的节点导纳矩阵；
节点阻抗矩阵获取单元，用于对所述节点导纳矩阵进行矩阵求逆，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵。
优选的，谐波传递特性分析模块204包括：
频率特性曲线绘制单元，用于绘制所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线；
判断单元，用于判断所述节点阻抗矩阵的元素Zij中节点j与节点i是否为同一换流器的节点；其中，所述节点j为所述MMC直流侧等值电路模型中所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻之间的连接点，所述节点i为所述电源正极端与所述外部电路之间的连接点，所述节点阻抗矩阵的元素Zij反映节点j所在的换流器的谐波电流源对节点i所在的换流器的直流端口电压的作用；
第一曲线分析单元，用于当节点j与节点i为同一换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了换流器的谐波电流源对自身直流端口电压谐波的作用；
第二曲线分析单元，用于当节点j与节点i为不同换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了不同换流器间的相互作用；
谐波传递特性获取单元，用于通过分析所述频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
优选的，所述装置还包括：
影响因素分析单元，用于通过改变系统参数，绘制所述节点阻抗矩阵的元素对应的频率特性曲线，以获得各系统参数对谐波传递特性的影响；其中，所述系统参数包括MMC的子模块电容、MMC的桥臂电抗、所述直流电抗器对应的直流电抗及直流输电线路参数。
本发明实施例提供的一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置，通过建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型，根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型，对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。首先，通过构建MMC直流侧等值电路模型，不仅能反映MMC的直流侧谐波阻抗，又能反映交流侧谐波电流对直流侧谐波的传递作用，以及MMC调制方式所产生的特征谐波；其次，通过分析节点阻抗矩阵中各元素的频率特性获得系统的谐波传递特性，不仅能获得换流器直流谐波电流源对自身端口电压谐波的作用，还能反映不同换流器间的谐波相互作用，且节点阻抗矩阵的获取方法简单，同时本发明无需采用高阶传递函数即可获得换流器间的相互作用关系，大大降低了数据处理的复杂度和计算量；再是，本发明可适用于复杂直流网络的谐波传递特性分析，具有适用范围广和计算清晰简便的特点。
该实施例的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备中的执行过程。
所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备的示例，并不构成对多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，其特征在于，包括：
建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；
根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；
对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；
根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性；
其中，所述多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型具有用于输出直流端口电压的电源正极端和电源负极端；所述电源正极端、所述电源负极端均与外部电路连接；
所述MMC直流侧等值电路模型包括MMC直流侧等效电容、MMC直流侧等效电阻、MMC直流侧等效电感及谐波电流源；
所述MMC直流侧等效电容并联在所述谐波电流源的两端；所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻的一端连接，所述MMC直流侧等效电阻的另一端与所述MMC直流侧等效电感的一端连接，所述MMC直流侧等效电感的另一端与所述电源正极端连接；所述谐波电流源的负极端与所述电源负极端连接；
所述建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型，包括：
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电容：
Ceq＝6C/N (1)
其中，Ceq为所述MMC直流侧等效电容，C为MMC的子模块电容，N为MMC桥臂的子模块个数；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电阻：
Req＝2R0/3 (2)
其中，Req为所述MMC直流侧等效电阻，R0为MMC的桥臂等效电阻；
通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电感：
Leq＝2L0/3 (3)
其中，Leq为所述MMC直流侧等效电感，L0为MMC的桥臂电抗；
通过以下公式确定所述谐波电流源：
Figure FDA0003475179170000021
其中，S(1)、S(2)、S(0)分别表示MMC上桥臂的平均开关函数的正、负、零序分量，x(1)、x(2)、x(0)分别表示交流侧电流的正、负、零序分量，<·>k表示变量的k阶动态相量，与变量的k次谐波对应，k和y均为整数；
通过以下公式确定所述MMC上桥臂的平均开关函数：
Figure FDA0003475179170000022
其中，Sm为m相MMC上桥臂的平均开关函数，nup为MMC上桥臂需要投入的子模块数，UC是MMC的子模块电容电压平均值，um(t)为m相电压调制波瞬时值，m＝a，b，c。
2.如权利要求1所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，其特征在于，根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型，包括：
采用预设的等效电感模拟直流电抗器；
采用预设的π型集中参数模型进行模拟，得到直流输电线路等值电路模型；
根据所述MMC直流侧等值电路模型、所述直流电抗器及所述直流输电线路等值电路模型，构建所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型。
3.如权利要求1所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，其特征在于，对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵，具体包括：
根据所述等值电路模型，获得所述多端柔性直流输电系统的节点导纳矩阵；
对所述节点导纳矩阵进行矩阵求逆，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵。
4.如权利要求1所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，其特征在于，所述根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性，包括：
绘制所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线；
判断所述节点阻抗矩阵的元素Zij中节点j与节点i是否为同一换流器的节点；其中，所述节点j为所述MMC直流侧等值电路模型中所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻之间的连接点，所述节点i为所述电源正极端与所述外部电路之间的连接点，所述节点阻抗矩阵的元素Zij反映节点j所在的换流器的谐波电流源对节点i所在的换流器的直流端口电压的作用；
当节点j与节点i为同一换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了换流器的谐波电流源对自身直流端口电压谐波的作用；
当节点j与节点i为不同换流器的节点时，则认为所述节点阻抗矩阵的元素Zij的频率特性曲线反映了不同换流器间的相互作用；
通过分析所述频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性。
5.如权利要求2所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过改变系统参数，绘制所述节点阻抗矩阵的元素对应的频率特性曲线，以获得各系统参数对谐波传递特性的影响；其中，所述系统参数包括MMC的子模块电容、MMC的桥臂电抗、所述直流电抗器对应的直流电抗及直流输电线路参数。
6.一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析装置，其特征在于，包括：
MMC直流侧等值电路模型构建模块，用于建立多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型；
等值电路模型构建模块，用于根据所述MMC直流侧等值电路模型，建立所述多端柔性直流输电系统的等值电路模型；
等值电路模型分析模块，用于对所述等值电路模型进行分析，获得所述多端柔性直流输电系统的节点阻抗矩阵；
谐波传递特性分析模块，用于根据所述节点阻抗矩阵各元素的频率特性曲线，获得所述多端柔性直流输电系统的谐波传递特性；
其中，所述多端柔性直流输电系统的MMC直流侧等值电路模型具有用于输出直流端口电压的电源正极端和电源负极端；所述电源正极端、所述电源负极端均与外部电路连接；
所述MMC直流侧等值电路模型包括MMC直流侧等效电容、MMC直流侧等效电阻、MMC直流侧等效电感及谐波电流源；
所述MMC直流侧等效电容并联在所述谐波电流源的两端；所述谐波电流源的正极端与所述MMC直流侧等效电阻的一端连接，所述MMC直流侧等效电阻的另一端与所述MMC直流侧等效电感的一端连接，所述MMC直流侧等效电感的另一端与所述电源正极端连接；所述谐波电流源的负极端与所述电源负极端连接；
所述MMC直流侧等值电路模型构建模块包括：
MMC直流侧等效电容计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电容：
Ceq＝6C/N (I)
其中，Ceq为所述MMC直流侧等效电容，C为MMC的子模块电容，N为MMC桥臂的子模块个数；
MMC直流侧等效电阻计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电阻：
Req＝2R0/3 (2)
其中，Req为所述MMC直流侧等效电阻，R0为MMC的桥臂等效电阻；
MMC直流侧等效电感计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC直流侧等效电感：
Leq＝2L0/3 (3)
其中，Leq为所述MMC直流侧等效电感，L0为MMC的桥臂电抗；
谐波电流源计算单元，用于通过以下公式确定所述谐波电流源：
Figure FDA0003475179170000061
其中，S(1)、S(2)、S(0)分别表示MMC上桥臂的平均开关函数的正、负、零序分量，x(1)、x(2)、x(0)分别表示交流侧电流的正、负、零序分量，<·>k表示变量的k阶动态相量，与变量的k次谐波对应，k和y均为整数；
MMC上桥臂的平均开关函数计算单元，用于通过以下公式确定所述MMC上桥臂的平均开关函数：
Figure FDA0003475179170000062
其中，Sm为m相MMC上桥臂的平均开关函数，nup为MMC上桥臂需要投入的子模块数，UC是MMC的子模块电容电压平均值，um(t)为m相电压调制波瞬时值，m＝a，b，c。
7.一种多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的多端柔性直流输电系统谐波传递特性的分析方法。
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