CN112039108B - 高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型及计算方法 - Google Patents
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Abstract
高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型及计算方法，采用准稳态模型，将LCC‑HVDC整流侧原有阀组的暂态响应进行准稳态尺度的简化，并被假设接入无穷大的送端交流系统，并给出了基于逆变侧单端交流电压信息的LCC‑HVDC直流输电控制系统的计算方法，步骤1：实时监测LCC‑HVDC逆变侧母线电压变化情况；步骤2：运用交流系统故障辨识方法，估计逆变侧期望母线电压；步骤3：将逆变侧期望母线电压对Vaci与状态变量xstatus输入至基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型，进行快速的仿真计算，得到直流输电逆变侧的期望暂态响应Iai,Ibi,Ici；本发明能在送端交流系统信息缺失的情况下实现LCC‑HVDC故障暂态大扰动下响应的准确、实时估算。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真计算技术领域，特别涉及一种高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型及计算方法。
背景技术
随着电网技术的发展，我国已经形成世界上规模最大、电压等级最高的交直流混合输电系统。基于电网换相整流器高压直流输电(LCC-HVDC)系统是我国交直流混合输电系统的重要组成部分，因此，掌握LCC-HVDC高压直流输电系统在故障等大扰动下的暂态响应特征是有效实施交直流混联电网运行、控制与保护的重要基础。近年来，业界提出了一种采用高压直流系统的动态相量等值模型来进行高压直流系统受端暂态响应快速计算的方法，其对相关电气量的暂态频域特性做出低频假设，计算精度高、计算复杂度低，计算表现优异。但是，LCC-HVDC动态相量等值模型是一个双端电压受控电流源，利用其进行精确电磁暂态尺度实时仿真计算，依赖于仿真全程的送受端换流母线电压采样值的实时获取，对实际工程的通信链路提出了极高的、不甚合理的要求，没有考虑到工程实际的通信链路的制约，制约了模型的泛用性及普适性。
因此，研究具有较高等值精度的LCC-HVDC单端信息的电压受控电流源形式的模型及计算方法，对LCC-HVDC的实时电磁暂态仿真的实用化至关重要。
发明内容
为解决LCC-HVDC系统动态等值模型对于送受端电压信息依赖的问题，本发明的目的在于提供一种高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型及计算方法，基于传统直流系统动态相量等值仿真框架，给出了基于逆变侧单端交流电压信息的LCC-HVDC直流输电控制系统的计算方法，仿真结果表明，本发明能在送端交流系统信息缺失的情况下，实现LCC-HVDC故障暂态大扰动下响应的准确、实时估算。
为实现上述发明目的，本发明具体采用的技术方案是：
高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型，采用准稳态模型，准稳态模型建模如下式所示：
其中，Ud0(t)为t时刻从阀侧看入的空载直流电压，Δud(t)为t时刻换相压降，ud(t)为t时刻直流线路直流电压瞬时值，id(t)为t时刻直流线路直流电流瞬时值，α(t)为t时刻控制器输出的延迟触发角，γ(t)为t时刻熄弧角，μ(t)为t时刻换相重叠角，XT为阀侧看入的变压器漏抗，dx为等效换相漏抗；
所述估计模型的受控关系抽象为：
[Iai,Ibi,Ici]＝feq(Vaci)
其中，Iai,Ibi,Ici为直流输电逆变侧的期望暂态响应，Vaci为逆变侧母线电压，feq(·)为所提模型对应的电压-电流控制函数的抽象表达。
基于高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型的计算方法，包括以下步骤：
步骤1：实时监测LCC-HVDC逆变侧母线电压变化情况，如果检测因故障引起的母线电压突变情况，记录逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，进入步骤2；状态变量xstatus具体如下表示：
xstatus＝[vdi,xCC,xγ,idi]
其中，vdi为逆变侧直流电压的标幺值，xCC为逆变侧定电流控制的PI积分器输出值，xγ分别为整流侧与逆变侧的定γ角控制器的PI积分器输出值，idi为逆变侧直流电流的标幺值。
步骤2：运用交流系统故障辨识方法，基于逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，反推出逆变侧交流母线处发生的故障参数，估计逆变侧期望母线电压Vaci，随后进入到步骤3；
步骤3：将逆变侧期望母线电压Vaci与状态变量xstatus输入至基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型，进行快速的仿真计算，得到直流输电逆变侧的期望暂态响应Iai,Ibi,Ici。
本发明的优点：
结合工程现场的实际要求，提出了屏蔽整流侧交流信息情况下的直流系统的等值建模方法及其对应的计算计方法，将传统的直流系统动态相量模型从两端电压受控电流源改进为单端电压受控电流源，减轻了对通信链路的要求、以及对送端交流信息的依赖，可以实现与直流系统现场运行点匹配的输出响应的快速估计。
附图说明
图1为高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型的计算流程示意图。
图2为本发明的基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型的示意图。
图3是实施例步骤2的逆变侧期望母线电压具体波形。
图4为使用基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型计算得出的逆变侧暂态响应波形。
具体实施方式
下面以一典型的仿真计算场景为例说明本发明方法的有效性。
该仿真场景以直流输电研究领域常用的标准直流输电系统(CIGRE Benchmark)为基础，模拟直流输电系统的实际运行工况，从而对方法的中间计算结果进行说明。仿真的故障参数设置为：逆变侧交流母线于直流系统启动后的0.7s时刻发生了一个B相短路接地故障，故障点的过渡电阻为0.1Ω，故障持续0.1s之后被切除。
高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型，参照图2，采用准稳态模型，将LCC-HVDC整流侧原有阀组的暂态响应进行准稳态尺度的简化，并被假设接入无穷大的送端交流系统，整流侧阀组涉及的具体的准稳态模型建模方法如下公式所示：
其中，Ud0(t)为t时刻从阀侧看入的空载直流电压，Δud(t)为t时刻换相压降，ud(t)为t时刻直流线路直流电压瞬时值，id(t)为t时刻直流线路直流电流瞬时值，α(t)为t时刻控制器输出的延迟触发角，γ(t)为t时刻熄弧角，μ(t)为t时刻换相重叠角，XT为阀侧看入的变压器漏抗，dx为等效换相漏抗。
整流侧阀组准稳态模型建模后，结合对逆变阀组的精细动态相量等值，控制系统仍然采取精确建模的方式，最终将LCC–HVDC高压直流输电系统便建模为一个通用的单端电压受控电流源模型，即为基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型。
如附图2所示，基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型，本质上可以总结为一个单端电压受控电流源，其受控关系抽象为：
[Iai,Ibi,Ici]＝feq(Vaci)
其中，Iai,Ibi,Ici为直流输电逆变侧的期望暂态响应，Vaci为逆变侧母线电压，feq(·)为所提模型对应的电压-电流控制函数的抽象表达。
下面是本发明方法的具体计算过程及表现，基于高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型的计算方法，包括以下步骤，参照图1：
步骤1：实时监测LCC-HVDC逆变侧母线电压变化情况，检测到可0.7s时逆变侧母线发生的电压跌落现象，记录逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，进入步骤2；
xstatus＝[vdi,xCC,xγ,idi]＝[1.022,0.12,0.01,0.97]
其中，vdi为逆变侧直流电压的标幺值，xCC为逆变侧定电流控制的PI积分器输出值，xγ分别为整流侧与逆变侧的定γ角控制器的PI积分器输出值，idi为逆变侧直流电流的标幺值。
步骤2：运用交流系统故障辨识方法，基于逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，反推出逆变侧交流母线处发生的故障参数，估计逆变侧期望母线电压Vaci，逆变侧期望母线电压具体波形如图3所示，随后进入到步骤3；
步骤3：将逆变侧期望母线电压对Vaci与状态变量xstatus输入至基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型进行快速的仿真计算，得到直流输电逆变侧的期望暂态响应Iai,Ibi,Ici。
为表现所题发明的结果，图4以PSCAD电磁暂态仿真结果作为基准，将所提模型仿真结果与之进行比对。图4中，波形Iai g，Ibi g，Ici g为PSCAD电磁暂态仿真结果，波形Iai e，Ibi e，Ici e为所提单端动态相量模型仿真结果。
由图4比对情况可以看出，在故障持续时段内，单端动态等值模型总体上能够较好地跟踪直流系统的实际响应变化趋势，各等值量与实际量的相对误差能够控制在5％以内。
Claims (2)
1.高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型，其特征在于，整流侧采用准稳态模型，准稳态模型建模如下式所示：
其中，Ud0(t)为t时刻从阀侧看入的空载直流电压，Δud(t)为t时刻换相压降，ud(t)为t时刻直流线路直流电压瞬时值，id(t)为t时刻直流线路直流电流瞬时值，α(t)为t时刻控制器输出的延迟触发角，γ(t)为t时刻熄弧角，μ(t)为t时刻换相重叠角，XT为阀侧看入的变压器漏抗，dx为等效换相漏抗；
逆变侧采用精细动态相量等值，最终建模为一个通用的单端电压受控电流源模型，即为基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型，所述快速估计模型的受控关系抽象为：
[Iai，Ibi，Ici]＝feq(Vaci)
其中，Iai,Ibi,Ici为直流输电逆变侧的期望暂态响应，Vaci为逆变侧母线电压，feq(·)为所提模型对应的电压-电流控制函数的抽象表达。
2.一种引用权利要求1所述的高压直流输电系统单端暂态响应快速估计模型的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：实时监测LCC-HVDC逆变侧母线电压变化情况，如果检测因故障引起的母线电压突变情况，记录逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，进入步骤2；状态变量xstatus具体如下表示：
xstatus＝[vdi，xCC，xγ，idi]
其中，vdi为逆变侧直流电压的标幺值，xCC为逆变侧定电流控制的PI积分器输出值，xγ分别为整流侧与逆变侧的定γ角控制器的PI积分器输出值，idi为逆变侧直流电流的标幺值；
步骤2：运用交流系统故障辨识方法，基于逆变侧控制系统及直流输电系统的状态变量xstatus，反推出逆变侧交流母线处发生的故障参数，估计逆变侧期望母线电压Vaci，随后进入到步骤3；
步骤3：将逆变侧期望母线电压Vaci与状态变量xstatus输入至基于逆变侧单端量的高压直流输电系统单端期望暂态响应快速估计模型，进行快速的仿真计算，得到直流输电逆变侧的期望暂态响应Iai,Ibi,Ici。
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