CN113343456A - Hvdc系统高精度闭环动态相量仿真计算、验证方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算、验证方法及装置，在对HVDC系统进行建模分析时，只需获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据，即可对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算，得到对应的仿真结果，从而拓宽了本发明的应用场景；并且，本发明是基于仿真参数和计算步长对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算的，这样不仅能够保证仿真结果的精度，还能够有效提升仿真速度。

Description

HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算、验证方法及装置

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算、验证方法及装置。

背景技术

为了满足经济社会发展的客观需要，我国高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)技术迅速发展，这使得电力系统的非线性化特征日益明显，也对HVDC系统的仿真计算提出了新的要求。

从现有HVDC系统的仿真计算方法来看，电磁暂态仿真计算的精度高，但计算速度受系统规模限制明显，对仿真硬件的性能有较高要求；状态空间仿真的计算需要对换流器每种开关状态下的网络分别列写状态方程，但系统中换流器数目增多后，开关状态组合种类大大增加，方程数量也随之迅速攀升，因此同样存在仿真速度下滑的问题；准稳态仿真使用线性代数方程组表征交直流系统间的电气量关系，虽然计算速度较快，但并不适用于不对称故障和系统暂态特性的计算。

由上述内容可知，现有的HVDC系统的仿真计算方法无法适用于多种类型的仿真计算，且无法同时保证计算精度和计算速度。

发明内容

本发明的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中的HVDC系统的仿真计算方法无法适用于多种类型的仿真计算，且无法同时保证计算精度和计算速度的技术缺陷。

本发明提供了HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，所述方法包括：

获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据；

依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长；

基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算；

将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

可选地，所述依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长的步骤，包括：

依据所述HVDC系统的电气参数设置相应的仿真参数；

以及，依据所述预设计算时段的起止时刻确定相应的计算步长。

可选地，所述基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真的步骤，包括：

基于所述仿真参数搭建与所述HVDC系统对应的闭环仿真模型；

在所述闭环仿真模型中，依据所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真。

可选地，所述对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，包括：

确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量；

对各电气量的动态相量进行闭环计算。

可选地，所述确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量的步骤，包括：

对仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量进行傅里叶分解，选取与各电气量对应的主导频率分量；

基于每一电气量对应的主导频率分量，确定每一电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量。

可选地，所述HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据包括整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据。

可选地，所述依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数的步骤，包括：

依据所述HVDC系统设置整流侧与逆变侧直流电压和直流电流的初始值、换流变压器的电感值，以及直流线路的电阻值、电感值和对地电容。

可选地，所述对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，包括：

在仿真过程中，对与所述整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据对应的各相交流电流、直流电压和直流电流，在每一计算步长对应时刻的动态相量进行闭环计算。

本发明还提供了一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真验证方法，用于对上述实施例中HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法进行验证，所述验证方法包括：

获取HVDC系统在不同故障场景下的交流母线电压数据；

对各交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算后转换为时域值进行输出；

使用耗时系数和平均相对误差对输出结果进行分析和验证。

本发明还提供了一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置，包括：

数据获取模块，用于获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据；

仿真准备模块，用于依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长；

闭环仿真模块，用于基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算；

结果输出模块，用于将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算、验证方法及装置，在对HVDC系统进行建模分析时，只需获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据，即可对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算，得到对应的仿真结果，从而拓宽了本发明的应用场景；并且，本发明是基于仿真参数和计算步长对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算的，这样不仅能够保证仿真结果的精度，还能够有效提升仿真速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的开关函数各分量示意图；

图3为本发明实施例提供的六脉动换流器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的换流变压器等效电路图；

图5为本发明实施例提供的直流线路等效电路图；

图6为本发明实施例提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法的计算流程示意图；

图7为本发明实施例提供的直流电压结果对比图；

图8为本发明实施例提供的直流电流结果对比图

图9为本发明实施例提供的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置的结构示意图。

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。

为了满足经济社会发展的客观需要，我国高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)技术迅速发展，这使得电力系统的非线性化特征日益明显，也对HVDC系统的仿真计算提出了新的要求。

从现有HVDC系统的仿真计算方法来看，电磁暂态仿真计算的精度高，但计算速度受系统规模限制明显，对仿真硬件的性能有较高要求；状态空间仿真的计算需要对换流器每种开关状态下的网络分别列写状态方程，但系统中换流器数目增多后，开关状态组合种类大大增加，方程数量也随之迅速攀升，因此同样存在仿真速度下滑的问题；准稳态仿真使用线性代数方程组表征交直流系统间的电气量关系，虽然计算速度较快，但并不适用于不对称故障和系统暂态特性的计算。

由上述内容可知，现有的HVDC系统的仿真计算方法无法适用于多种类型的仿真计算，且无法同时保证计算精度和计算速度。

因此，本发明的目的是解决现有技术中的HVDC系统的仿真计算方法无法适用于多种类型的仿真计算，且无法同时保证计算精度和计算速度的技术问题，并提出如下技术方案：

在一个实施例中，如图1所示，图1为本发明实施例提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法的流程示意图；本发明提供了HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，具体包括如下步骤：

S110：获取交流母线电压数据。

本步骤中，在进行仿真计算之前，需要获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据。其中，预设计算时段可以是故障发生到故障解除时的暂态时间，也可以是实施测定的某一时段；交流母线电压数据可以是现场实测的交流母线电压波形，也可以是交流系统的预测故障电压；当输入现场实测的交流母线电压波形，本发明可以实现系统响应的快速跟踪；当输入的电压为交流系统的预测故障电压，则本发明可被用于安全裕度指标的快速评估。

S120：设置仿真参数及计算步长。

本步骤中，通过步骤S110获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据后，可以依据HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据预设计算时段确定相应的计算步长。

具体地，在使用仿真模型进行仿真计算之前，需要确定仿真参数和计算步长，以便通过仿真参数来搭建与HVDC系统对应的仿真模型，以及通过计算步长来构建仿真模型的闭环计算过程。

S130：对交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算。

本步骤中，通过步骤S120设置仿真参数及计算步长后，可以基于仿真参数和计算步长对交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算。

例如，当确定仿真参数后，可根据仿真参数构建相应的仿真模型，将交流母线电压数据输入至仿真模型后，仿真模型依据交流母线电压数据进行动态仿真，并在仿真过程中，根据计算步长对各电气量的动态相量进行闭环计算。

需要说明的是，这里的电气量指的是与输入的交流母线电压数据对应的仿真过程中的电气量，例如，交流母线电压数据为整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据时，电气量分别有整流侧与逆变侧直流电流和直流电压、换流变压器阀侧交流电压等；这里的动态相量可以通过傅里叶分解来选取各电气量的主导频率分量进行确定。

S140：将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

本步骤中，通过步骤S130对交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算后，可将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出，该输出结果可应用于电力系统实时仿真、直流系统输出响应的快速跟踪以及系统状态校核等领域。

上述实施例中，在对HVDC系统进行建模分析时，只需获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据，即可对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算，得到对应的仿真结果，从而拓宽了本发明的应用场景；并且，本发明是基于仿真参数和计算步长对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算的，这样不仅能够保证仿真结果的精度，还能够有效提升仿真速度。

上述实施例主要对本申请中HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法进行展开描述，下面将对如何设置仿真参数和计算步长进行详细描述。

在一个实施例中，步骤S120中依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长的步骤，可以包括：

S121：依据所述HVDC系统的电气参数设置相应的仿真参数。

S122：依据所述预设计算时段的起止时刻确定相应的计算步长。

本实施例中，当确定仿真参数后，可根据仿真参数构建相应的仿真模型，将交流母线电压数据输入至仿真模型后，仿真模型依据交流母线电压数据进行动态仿真，并在仿真过程中，根据计算步长对各电气量的动态相量进行闭环计算。

具体地，在依据HVDC系统的电气参数设置相应的仿真参数时，若获取的是HVDC系统整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据，则可以赋定整流侧与逆变侧直流电压电流在预设计算时段的起始时刻的初始值，同时对换流变压器电感，直流线路的电阻、电感及对地电容进行参数设定。

在确定仿真时的计算步长时，可依据预设计算时段的起止时刻来进行确定；如根据预设计算时段的起止时刻确定总步长，然后将总步长进行均匀划分后，得到多个计算步长，接着从预设计算时段的起始时刻开始，按照计算步长进行累计，如预设计算时段为[t_start,t_end]，令t＝t_start+Δt，其中，Δt为计算步长，对各电气量在每一计算步长对应时刻下的动态相量进行计算，直到t_end为止。

上述实施例对如何设置仿真参数和计算步长进行详细描述，下面将对如何基于仿真参数和计算步长对交流母线电压数据进行动态仿真进行具体说明。

在一个实施例中，步骤S130中基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真的步骤，可以包括：

S131：基于所述仿真参数搭建与所述HVDC系统对应的闭环仿真模型。

S132：在所述闭环仿真模型中，依据所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真。

本实施例中，当确定仿真参数后，可根据仿真参数构建相应的闭环仿真模型，然后将交流母线电压数据输入至闭环仿真模型后，闭环仿真模型依据计算步长对交流母线电压数据进行动态仿真，并在仿真过程中，根据各电气量在每一计算步长对应时刻下的动态相量进行闭环计算。

上述实施例对如何基于仿真参数和计算步长对交流母线电压数据进行动态仿真进行具体说明，下面将对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的过程进行详细描述。

在一个实施例中，步骤S130中对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，可以包括：

S133：确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量。

S134：对各电气量的动态相量进行闭环计算。

本实施例中，在仿真计算过程中，可以先确定与交流母线电压数据对应的各电气量，如交流母线电压数据为整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据时，电气量可以是整流侧与逆变侧直流电流和直流电压、换流变压器阀侧交流电压等。

当确定与交流母线电压数据对应的各电气量后，可继续确定各电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量，从而对各电气量的动态相量进行闭环计算。

可以理解的是，本申请中确定各电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量后，可对交直流系统电气量进行快速精确计算，相比于传统电磁暂态方法拥有更快的计算速度。

上述实施例对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的过程进行详细描述，下面将对如何确定各电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量进行展开说明。

在一个实施例中，步骤S133中确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量的步骤，可以包括：

S331：对仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量进行傅里叶分解，选取与各电气量对应的主导频率分量。

S332：基于每一电气量对应的主导频率分量，确定每一电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量。

本实施例中，在确定与交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量的过程中，可以通过傅里叶分解的方式，选取与各电气量对应的主导频率分量，然后基于每一电气量对应的主导频率分量，确定每一电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量。

举例来说，当交流母线电压数据为整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据时，由于交流电压的基波分量占主导地位，因此可以计算每一计算步长对应时刻的换流母线各相交流电压1阶动态相量；并且，同时考虑到直流电压和直流电流中直流分量和2次谐波分量占主导地位，而交流电流中基波和3次谐波分量占主导地位。因此，从相量卷积的角度出发，为了求解上述电气量，需要进一步计算电压开关函数的1阶、3阶动态相量和电流开关函数的1阶、3阶、5阶动态相量。

上述实施例对如何确定各电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量进行展开说明，下面将对如何依据整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据进行动态仿真，以及闭环计算的过程进行详细描述。

在一个实施例中，所述HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据可以包括整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据。

在一个实施例中，步骤S120中依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数的步骤，可以包括：

依据所述HVDC系统设置整流侧与逆变侧直流电压和直流电流的初始值、换流变压器的电感值，以及直流线路的电阻值、电感值和对地电容。

示意性地，如图2-5所示，图2为本发明实施例提供的开关函数各分量示意图；图3为本发明实施例提供的六脉动换流器结构示意图；图4为本发明实施例提供的换流变压器等效电路图；图5为本发明实施例提供的直流线路等效电路图；依据图2-5可构建相应的闭环仿真模型。

在一个实施例中，步骤S130中对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，可以包括：

在仿真过程中，对与所述整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据对应的各相交流电流、直流电压和直流电流，在每一计算步长对应时刻的动态相量进行闭环计算。

本实施例中，如图6所示，图6为本发明实施例提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法的计算流程示意图；图6中，在对整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据进行动态仿真时，假设预设计算时段为[t_start,t_end]，令t＝t_start+Δt，其中，Δt为计算步长。

首先，计算t时刻的换流母线各相交流电压1阶动态相量，然后根据t时刻换流器换相过程的触发角和换相角，形成t时刻换流器的电压、电流开关函数，并计算此时电压开关函数的1阶和3阶动态相量，以及电流开关函数的1阶、3阶和5阶动态相量。

然后，联立换流变压器、换流器和直流线路的0阶动态相量方程，求解出t时刻直流电压和直流电流的0阶动态相量，进而求出换流变压器阀侧交流电压的1阶动态相量。

接着，计算t时刻直流电流和直流电压的2阶动态相量值，进而计算t时刻各相交流电流的1阶和3阶动态相量。

最后，将各电气量的动态相量值变换为时域值，并判断是否完成全部所需数据的计算，若是，则退出计算并输出结果；若否，则令t＝t+Δt，前进至下一步长进行计算，直到t_end为止。

具体地，对于换流母线m相(m＝a，b，c)交流电压U_sm，其t时刻的1阶动态相量<U_sm>₁的计算方法为：

本发明中，<x>_k为时域信号x(τ)的k阶动态相量，其为时间的函数；式(1)中：T为时间窗宽度，本发明中取为0.02s，ω＝2π/T。

进一步的，若换相过程的触发角为α，则此时换相过程的换相角μ为：

式中：E为换相电压有效值，X_r为换相电抗；i_d为直流电流。

在此基础上，可将电流电压开关函数分别分解为基本分量S_n、延迟触发分量S_m和电压(电流)开关函数换相分量S_uμ(S_iμ)的叠加，如图2所示。

接着，可以对电压、电流开关函数各分量的动态相量进行计算，图2中各分量的k阶傅里叶系数如下式所示：

相对应的，a相开关函数各分量的k阶动态相量为：

a相电压开关函数S_ua和电流开关函数S_ia的k阶动态相量可由相应分量的叠加求出：

b、c相开关函数的求解方法与a相相同，对于b、c相电压、电流开关函数的k阶动态相量，只需在对应的a相开关函数基础上分别滞后和超前2πk/3即可。由于本申请只需对开关函数的1阶和3阶动态相量进行求解，因此在式(3)-(5)中，只需令k＝1,3即可。

更进一步的，以图3所示的六脉波换流器为例，换流器的0阶动态相量方程为：

式中：v_d为直流电压，U_m代表变压器阀侧m相交流电压，Re表示取实部，上标*表示相量的共轭。

换流变压器的等效电路如图4所示，其动态相量方程为：

<U_m>₁＝<U_sm>₁-jωL_T<i_d>₀<S_im>₁ (7)

式中：L_T代表换流变压器每相的等值电感。

直流线路的等效电路如图5所示，其0阶动态相量方程为：

式中，R_d、L_d、C_d分别表示直流线路的电阻、电感和对地电容，v_c为线路中点对地电容电压。下标中R和I分别表示整流侧和逆变侧的对应电气量。

将式(6)和式(7)分别应用于整流侧和逆变侧，进而与式(8)联立，即可求出当前时刻整流侧和逆变侧各自的直流电压0阶动态相量<v_d>₀和直流电流0阶动态相量<i_d>₀，然后将结果带回式(7)，即可求出整流侧和逆变侧各自的阀侧交流电压1阶动态相量<U_m>₁。

紧接着，整流侧和逆变侧直流电压2阶动态相量可分别由下式进行计算：

得到整流侧直流电压2阶动态相量<v_dR>₂和逆变侧直流电压2阶动态相量<v_dI>₂后，整流侧直流电流2阶动态相量<i_dR>₂和逆变侧直流电流2阶动态相量<i_dI>₂可通过求解下式方程组得到：

进而，可以通过下式分别计算整流侧和逆变侧各相交流电流的动态相量：

最后，各电气量动态相量值转换至时域值的转换方法如下：

由此，即可求出当前时刻的直流电压、电流及交流电流值。

上述实施例对如何依据整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据进行动态仿真，以及闭环计算的过程进行详细描述，下面将对HVDC系统高精度闭环动态相量仿真验证方法进行展开描述。

在一个实施例中，本发明还提供了一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真验证方法，用于对上述实施例中HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法进行验证，所述验证方法包括：

S210：获取HVDC系统在不同故障场景下的交流母线电压数据。

S220：对各交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算后转换为时域值进行输出。

S230：使用耗时系数和平均相对误差对输出结果进行分析和验证。

本实施例中，在对HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算结果进行验证时，可以使用耗时系数和平均相对误差。具体地，将本发明所提HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法应用于CIGRE BENCHMARK标准直流系统，并将各故障下的计算结果与PSCAD电磁暂态仿真结果进行对比，从而证明本方法的有效性。

其中，本发明在整流侧和逆变侧共设置了4组故障类型，并且，为防止发生换相失败情况，也为了增加故障场景的多样性，逆变侧故障设计为经过渡电阻接地，计算时交流系统频率为50Hz，仿真步长均设置为100μs，故障的详细描述如表1所示：

表1故障类型描述

接着，选取直流电压和直流电流作为评价模型精度的关键电气量，分别输出各类型故障下整流侧直流电压vdR、逆变侧直流电压vdI、整流侧直流电流idR和逆变侧直流电流idI的时域值进行对比，结果如图7-8所示，图7为本发明实施例提供的直流电压结果对比图，图8为本发明实施例提供的直流电流结果对比图。图7和图8中，PSCAD和HPCL-DP分别表示电磁暂态仿真结果和本发明所提HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法的结果。

从仿真图像可以看出，本发明所提的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法精度较高，其仿真计算结果能够在各类型故障下很好地跟随电磁暂态结果。

为进一步验证模型的仿真性能，可以使用耗时系数λ和平均相对误差对仿真结果进行分析，结果如表2所示：

表2仿真性能分析

由表2可知，本发明所提的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法较电磁暂态仿真方法具有更快的仿真速度，同时由于本发明所提方法其仿真结果的平均相对误差皆在7％以内，因此本发明能够在各类型故障下对HVDC系统进行快速精确的闭环仿真计算。

下面对本申请实施例提供的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置进行描述，下文描述的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置与上文描述的HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法可相互对应参照。

在一个实施例中，如图9所示，图9为本发明实施例提供的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置的结构示意图，本发明还提供了一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置，包括数据获取模块210、仿真准备模块220、闭环仿真模块230、结果输出模块240，具体包括如下：

数据获取模块210，用于获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据。

仿真准备模块220，用于依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长。

闭环仿真模块230，用于基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算。

结果输出模块240，用于将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

上述实施例中，在对HVDC系统进行建模分析时，只需获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据，即可对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算，得到对应的仿真结果，从而拓宽了本发明的应用场景；并且，本发明是基于仿真参数和计算步长对仿真过程中的各电气量的动态相量进行闭环计算的，这样不仅能够保证仿真结果的精度，还能够有效提升仿真速度。

在一个实施例中，仿真准备模块220包括：

参数设定模块，用于依据所述HVDC系统的电气参数设置相应的仿真参数。

步长确定模块，用于依据所述预设计算时段的起止时刻确定相应的计算步长。

在一个实施例中，闭环仿真模块230包括：

模型搭建模块，用于基于所述仿真参数搭建与所述HVDC系统对应的闭环仿真模型。

动态仿真模块，用于在所述闭环仿真模型中，依据所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真。

在一个实施例中，闭环仿真模块230还包括：

动态相量确定模块，用于确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量。

闭环计算模块，用于对各电气量的动态相量进行闭环计算。

在一个实施例中，动态相量确定模块包括：

第一确定模块，用于对仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量进行傅里叶分解，选取与各电气量对应的主导频率分量。

第二确定模块，用于基于每一电气量对应的主导频率分量，确定每一电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量。

在一个实施例中，所述HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据包括整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据。

在一个实施例中，仿真准备模块220还包括：

参数确定模块，用于依据所述HVDC系统设置整流侧与逆变侧直流电压和直流电流的初始值、换流变压器的电感值，以及直流线路的电阻值、电感值和对地电容。

在一个实施例中，闭环仿真模块230还包括：

仿真计算模块，用于在仿真过程中，对与所述整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据对应的各相交流电流、直流电压和直流电流，在每一计算步长对应时刻的动态相量进行闭环计算。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述方法包括：

获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据；

依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长；

基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算；

将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长的步骤，包括：

依据所述HVDC系统的电气参数设置相应的仿真参数；

以及，依据所述预设计算时段的起止时刻确定相应的计算步长。

3.根据权利要求1所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真的步骤，包括：

基于所述仿真参数搭建与所述HVDC系统对应的闭环仿真模型；

在所述闭环仿真模型中，依据所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真。

4.根据权利要求1所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，包括：

确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量；

对各电气量的动态相量进行闭环计算。

5.根据权利要求4所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述确定仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量，在每一计算步长对应时刻的动态相量的步骤，包括：

对仿真过程中与所述交流母线电压数据对应的各电气量进行傅里叶分解，选取与各电气量对应的主导频率分量；

基于每一电气量对应的主导频率分量，确定每一电气量在每一计算步长对应时刻的动态相量。

6.根据权利要求1所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据包括整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据。

7.根据权利要求6所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数的步骤，包括：

依据所述HVDC系统设置整流侧与逆变侧直流电压和直流电流的初始值、换流变压器的电感值，以及直流线路的电阻值、电感值和对地电容。

8.根据权利要求7所述的一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法，其特征在于，所述对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算的步骤，包括：

在仿真过程中，对与所述整流侧和逆变侧换流母线的三相交流电压数据对应的各相交流电流、直流电压和直流电流，在每一计算步长对应时刻的动态相量进行闭环计算。

9.一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真验证方法，用于对上述权利要求1-8中HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算方法进行验证，其特征在于，所述验证方法包括：

获取HVDC系统在不同故障场景下的交流母线电压数据；

对各交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算后转换为时域值进行输出；

使用耗时系数和平均相对误差对输出结果进行分析和验证。

10.一种HVDC系统高精度闭环动态相量仿真计算装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取HVDC系统在预设计算时段的交流母线电压数据；

仿真准备模块，用于依据所述HVDC系统设置相应的仿真参数，以及依据所述预设计算时段确定相应的计算步长；

闭环仿真模块，用于基于所述仿真参数和所述计算步长对所述交流母线电压数据进行动态仿真，并对仿真过程中各电气量的动态相量进行闭环计算；

结果输出模块，用于将闭环计算后的各电气量的动态相量转换为时域值进行输出。

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