CN113765142B - 基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法、电网改造方法 - Google Patents

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CN113765142B CN202111057343.8A CN202111057343A CN113765142B CN 113765142 B CN113765142 B CN 113765142B CN 202111057343 A CN202111057343 A CN 202111057343A CN 113765142 B CN113765142 B CN 113765142B
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Abstract

本发明公开了一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法、电网改造方法，构建可再生能源渗透电力系统仿真模型，分析暂态特性；构建高压直流输电设备的有限元仿真模型，形成参数可调的高压直流输电设备模型库；对高压直流输电设备模型进行改造；基于可再生能源渗透电力系统仿真模型，控制改造后的高压直流输电设备模型降压运行；基于仿真结果对电力系统进行实际改造；利用电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的电容效应在降压运行的过程中能够释放大量能量，为所述可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑，以指导电网调度人员对现有的电力系统进行改造。

Description

基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法、电网改造方法
技术领域
本发明涉及电力电子系统并网技术领域，特别是涉及一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法、电网改造方法。
背景技术
电能作为人类使用最为广泛的二次能源，其在工业现代化进程中扮演着至关重要的角色，随着电力电子技术的发展，可再生能源由于其自身在环境友好、价格低廉等方面的优势，可再生能源在电网中的渗透率越来越高，发展可再生能源已成为一种不可逆的趋势。但由于在传统的电网中接入的可再生能源比例较高时，普遍存在着惯量支撑不足的问题，一旦电力系统出现故障或频率快速波动，从而影响电力系统稳定运行。
目前，普遍通过投入并网旋转设备或增加电力电子装备提供系统惯量支撑。这些方法虽然能达到提高新能源电力系统的惯量的效果，但一方面投入量大，另一方面电力电子装备对频率、电压变化较为敏感，在功率扰动下易引发新能源机组连锁脱网和直流闭锁等事故，进而造成功率缺额。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法、电网改造方法，以解决现有技术中投入并网旋转设备或者增加电力电子装备引起的投入过大以及引发的新能源机组连锁脱网和直流闭锁等事故而造成功率缺额的问题。
为解决上述问题，本发明一方面提供一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，包括以下步骤：
S1：构建可再生能源渗透电力系统仿真模型，获取所述可再生能源渗透电力系统仿真模型发生故障或扰动时的惯量，分析所述可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性；
S2：建立高压直流输电设备模型库：构建可再生能源渗透电力系统仿真模型中高压直流输电设备的有限元仿真模型，并设置各高压直流输电设备模型的可调参数，形成参数可调的高压直流输电设备模型库；
所述步骤S2的具体步骤为：
S201：基于有限元分析软件建立所述可再生能源渗透电力系统仿真模型中各高压直流输电设备的有限元仿真模型；其中，所述高压直流输电设备的有限元仿真模型包括电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型；
S202：设置各高压直流输电设备可调节的控制参数，形成参数可调的高压直流输电设备模型库；
S3：改造高压直流输电设备模型：在所述高压直流输电设备模型库中选择影响惯量支撑的高压直流输电设备模型，根据所述电力系统惯量支撑的要求，对选中的高压直流输电设备模型进行改造；
所述步骤S3的具体步骤为：
S301：在所述高压直流输电设备模型库中选择电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型；
S302：对所述电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行改造并对改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行仿真，得到改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数模型仿真值；
S303：分别计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值，将该分布式参数理论值与分布式参数模型仿真值进行比较，验证所述有限元仿真模型的准确性；S4：仿真运行：基于步骤S1中建立的所述可再生能源渗透电力系统仿真模型，根据所述可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性，控制经所述S3步骤改造后的高压直流输电设备模型降压运行，为所述可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑。
进一步的，所述步骤S302中对所述电力线缆模型进行改造的具体方法为：
在所述电力线缆模型的绝缘层中增加第二半导电带，使得改造后的电力线缆模型由内而外依次包括第一导体、第一半导电带、导体屏蔽层、第一绝缘层、第一绝缘屏蔽层、第二半导电带、第二绝缘层、第二绝缘屏蔽层以及外护套。
进一步的，所述步骤S302中对所述气体绝缘输电线路模型进行改造的具体方法为：
在所述气体绝缘输电线路模型的绝缘气体中增加第三导体，使得改造后的气体绝缘输电线路模型由内而外依次包括第二导体、第一绝缘气体层、第三导体、第二绝缘气体层和第四导体。
进一步的，所述步骤S303的具体步骤为：
S3031：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值C：
C＝C1+C2
其中：C1为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值；C2为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值；
S3032：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值与步骤S302中的电容的分布式参数模型仿真值的差值；
S3033：判断所述差值是否满足预设条件，若满足，则将该有限元仿真模型用于步骤S4进行电力系统的仿真运行，否则，修改有限元仿真模型的参数，直至该差值满足预设条件为止。
进一步的，所述步骤S3031中改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型以对应界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值C1通过以下公式计算得到：
Figure GDA0003558353390000051
其中：a为改造后的电力线缆模型中第一导体的半径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第二导体的半径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure GDA0003558353390000052
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值；
改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型以对应界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值C2通过以下公式计算得到：
Figure GDA0003558353390000053
其中：b为改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型的外径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure GDA0003558353390000054
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值。
进一步的，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401：搭建高压直流输电设备的降压运行控制电路，所述降压运行控制电路包括频率回路和电压回路；
S402：当可再生能源渗透电力系统仿真模型频率波动的速度和幅值达到阈值时，通过所述降压运行控制电路控制电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型降压运行，为可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑。
进一步的，所述步骤S4中通过降压运行控制电路控制高压直流输电设备模型降压运行的具体方法为：
在所述频率回路中，基于电网的额定角频率和有功功率基准值以产生机械转矩；通过所述机械转矩以及频率回路的阻尼转矩和电压回路产生的电磁转矩，运用转子运动方程可计算得到所述降压运行控制电路的虚拟角频率，对该虚拟角频率作积分运算后即可得到输出电压的相位角；
所述机械转矩通过如下公式得到：
Figure GDA0003558353390000061
其中：Tm为机械转矩，P*为有功功率基准值，ωn为电网的额定角频率；
在所述电压回路中，对电压基准值和逆变器输出的实际电压幅值做差得到电压回路的无功偏差量，基于无功功率基准值、无功功率计算值和无功偏差量计算得到一临时信号；
所述临时信号通过如下公式计算得到：
Q'＝Dp(v*-vp)+(Q*-Q)；
其中：Q'为临时信号，Dp为阻尼系数，v*为电压基准值，vp为实际电网电压幅值v经放大指定倍数后的电压幅值，Q*为无功功率基准值，Q为无功功率计算值；
将所述临时信号通过增益为
Figure GDA0003558353390000062
的放大器放大后积分可得到一虚拟励磁磁势，其中，k为常数，进而结合虚拟角频率、相位角和逆变器输出的实际电网电流得到反电动势；
根据得到的相位角和反电动势，通过PWM发生器实现脉冲宽度调制，以实现降压控制。
本发明的另一方，还提供一种基于高压设备提供惯量支撑的电网改造方法：
基于上述的基于高压设备提供惯量支撑的仿真方法得到的仿真结果，对电网实际运行的高压设备进行改造。
本发明充分利用和优化改造电力系统现有设备的结构和运行方式，对电力系统中的高压直流输电设备建立分布参数有限元仿真模型，分析高压直流输电设备的储能与能量释放特性，并基于有限元分析软件对电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的结构进行设计改造，分析电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的运行方式对储能效应的影响，根据电力系统的暂态特性控制电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型降压运行，利用电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的电容效应在降压运行的过程中能够释放大量能量，以提供系统惯量支撑。
附图说明
图1为本发明一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法的流程图。
图2为图1中步骤S2的流程图。
图3为图1中步骤S3的流程图。
图4为步骤S302中改造后的电力线缆模型的结构示意图。
图5为步骤S302中改造后的气体绝缘输电线路模型的结构示意图。
图6为图3中步骤S303的流程图。
图7为图1中步骤S4的流程图。
图8为步骤S401的降压运行控制电路的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，为本发明一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法的流程图。本发明一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法具体包括以下步骤：
S1：构建可再生能源渗透电力系统仿真模型。
具体的，基于电力系统分析软件构建可再生能源渗透电力系统仿真模型，对可再生能源渗透电力系统仿真模型的运行状态进行仿真，改变可再生能源渗透电力系统仿真模型中可再生能源的渗透比例，分析该可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性，确定电力系统系统发生故障或扰动时原有同步发电机能够提供的惯量。
S2：建立高压直流输电设备模型库。
对可再生能源渗透电力系统仿真模型中高压直流输电设备建立有限元仿真模型，并设置各高压直流输电设备的可调参数，形成参数可调的高压直流输电设备模型库。
如图2所示，所述步骤S2的具体步骤为：
S201：建立高压直流输电设备的有限元仿真模型。
基于有限元分析软件，为所述可再生能源渗透电力系统仿真模型中的发电机、变压器、电力线缆、气体绝缘输电线路等高压直流输电设备建立有限元仿真模型。
S202：基于有限元仿真模型设置可调节的控制参数。
设置发电机、变压器、电力线缆、气体绝缘输电线路等高压直流输电设备模型的控制参数，所述发电机模型的控制参数包括但不限于功率、输出电压、转速、频率、电流等，所述变压器模型的控制参数包括但不限于接线方式、容量、电压等，所述电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的控制参数包括但不限于线缆材料、半径、长度等，基于所述高压直流输电设备的有限元仿真模型，将所述高压直流输电设备的有限元仿真模型对应的各控制参数设置为可调节的控制参数，形成控制参数可调的高压直流输电设备模型库，使得可以通过改变导入可再生能源渗透电力系统仿真模型模型中的各发电机、变压器、电力线缆模型、气体绝缘输电线路模型等高压直流输电设备模型的控制参数，以此来仿真改造后的可再生能源渗透电力系统仿真模型的运行状态。
S3：改造高压直流输电设备。
在所述高压直流输电设备模型库中选择对应的高压直流输电设备有限元仿真模型，对选中的高压直流输电设备进行改造。
如图3所示，所述步骤S3的具体步骤为：
S301：选择待改造的高压直流输电设备有限元仿真模型。
根据改造后所述可再生能源渗透电力系统仿真模型所要达到的惯性支撑的要求，并结合电力系统实际情况，在所述高压直流输电设备模型库中选择需要改造的有限元仿真模型。在本实施例中，考虑到电力系统实际改造的局限性，避免在增加电力电子装置后造成投入过大以及连锁脱网和直流闭锁等事故的问题，选择电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型进行改造。
S302：对电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行改造并仿真。
对于所述电力线缆模型进行改造的具体方法为：
在所述电力线缆模型的绝缘层中增加一层半导电带，以改变原始电力线缆模型的电容的分布式参数理论值，该电容的分布式参数理论值为该电力线缆模型的等效电容值。
如图4所示，为改造后的电力线缆模型的结构示意图，改造后的电力线缆模型由内而外依次包括第一导体11、第一半导电带12、导体屏蔽层13、第一绝缘层14、绝缘屏蔽层15、第二半导电带16、第二绝缘层17、第二绝缘屏蔽层18以及外护套19；所述第二半导电带16即为改造增加的半导电带。
对于所述气体绝缘输电线路模型进行改造的具体方法为：
在所述气体绝缘输电线路模型的绝缘气体中增加一层导体圆筒，以改变原始气体绝缘输电线路模型的电容的分布式参数理论值，该电容的分布式参数理论值为该气体绝缘输电线路模型的等效电容值。
如图5所示，为改造后的气体绝缘输电线路模型的结构示意图，改造后的气体绝缘输电线路模型由内而外依次包括第二导体21、第一绝缘气体层22、第三导体23、第二绝缘气体层24和第四导体25；所述第三导体23即为改造增加的导体圆筒。
基于有限元分析软件，对改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行仿真计算，得到改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中等效电容的分布式参数模型仿真值C'。
S303：验证有限元仿真模型的准确性。
分别计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中理论上电容的分布式参数理论值，并将得到的分布式参数理论值与分布式参数模型仿真值C'进行比较，验证所述有限元仿真模型的准确性。
改造后的电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型的等效电容值可看作是两个电容并联。具体的，在改造后的电力线缆模型中，以新增第二半导电带的外径为界线将改造后的电力线缆模型等效为以该界线向内和向外的延伸两个电容并联；在改造后的气体绝缘输电线路模型中，以新增的第三导体的外径为界线将改造后的气体绝缘输电线路模型等效为以该界线向内和向外的延伸两个电容并联，即：
C＝C1+C2 (1)
其中：C1为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值；C2为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值。
如图6所示，所述步骤S303具体包括以下步骤：
S3031：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值C。所述改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值C1或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值C1可以通过下述公式(2)计算得到：
Figure GDA0003558353390000121
其中：a为改造后的电力线缆模型中第一导体的半径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第二导体的半径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure GDA0003558353390000122
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值。
所述改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值C2或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值C2可以通过下述公式(3)计算得到：
Figure GDA0003558353390000123
其中：b为改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型的外径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure GDA0003558353390000131
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值。
S3032：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值C与步骤S302中的电容的分布式参数模型仿真值C'的差值ΔC：
ΔC＝C-C' (4)
S3033：判断所述差值ΔC是否满足预设条件，若满足，则将该有限元仿真模型用于步骤S4进行电力系统的仿真运行，否则，修改有限元仿真模型的参数，直至该差值满足预设条件为止，以验证有限元仿真模型的准确性。在本实施例中，所述差值ΔC的预设条件为：-0.5％≤ΔC≤0.5％，即当等效电容的分布式参数理论值C与分布式参数模型仿真值之间的差值在±0.5％之内，则说明所述电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型是准确的，可以用于可再生能源渗透电力系统仿真模型的仿真。
S4：仿真运行。
基于步骤S1中建立的可再生能源渗透电力系统仿真模型模型，将步骤S3中建立的电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型导入所述可再生能源渗透电力系统仿真模型模型中仿真运行，根据所述可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性，控制改造后的高压直流输电设备降压运行，为所述可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑。
如图7所示，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401：搭建高压直流输电设备的降压运行控制电路。
如图8所示，为所述降压运行控制电路的控制框图，所述降压运行控制电路包括频率回路和电压回路，所述频率回路用于产生一控制量：机械转矩Tm，所述电压回路用于产生另一控制量：虚拟励磁磁势Mfif。
具体的，在所述频率回路中，基于电网的额定角频率ωn和有功功率基准值P*产生机械转矩Tm：
Figure GDA0003558353390000141
通过所述机械转矩Tm以及频率回路的阻尼转矩Td和电压回路产生的电磁转矩Te，运用转子运动方程可计算得到所述降压运行控制电路的虚拟角频率ω，对所述虚拟角频率ω作积分运算后即可得到该同步机的相位角θ。所述虚拟角频率ω可实时跟踪电网的额定角频率ωn，以使得当电网的额定角频率ωn发生变化时(即由于可再生能源渗透比例变化引起的原电力系统中发电机占比的变化，从而会造成电网的额定角频率ωn发生变化)，输出的机械转矩Tm也会发生变化，从而使得虚拟角频率ω和相位角θ同步发生变化，即根据可再生能源渗透比例控制机械转矩Tm的大小，即可控制输出的相位角θ的大小。
在所述电压回路中，对所述电压回路中的电压基准值v*和逆变器输出的实际电压幅值v做差得到电压回路的无功偏差量ΔQ，再基于无功功率基准值Q*、无功功率计算值Q和无功偏差量ΔQ产生一临时信号Q'：
Q'＝Dp(v*-vp)+(Q*-Q) (6)
其中：Dp为阻尼系数；vp为实际电网电压幅值v经放大指定倍数后的电压幅值。
将该临时信号Q'通过增益为
Figure GDA0003558353390000151
(为k为常数)的放大器放大后再积分得到虚拟励磁磁势Mfif，进而结合虚拟角频率ω、相位角θ和实际电网电流i得到反电动势e，并将相位角θ和反电动势e一并输入PWM发生器中，以产生对应的PWM。
S402：控制高压直流输电设备降压运行，为系统提供惯量支撑。
当可再生能源渗透电力系统仿真模型频率波动的速度和幅值达到一定阈值时，通过上述降压运行控制电路控制电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型降压运行，利用电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型的电容效应，在电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型降压运行的过程中，电容会快速释放大量能量，以达到惯量支撑的目的。
实施例2
本实施例的基于高压电器提供惯量支撑的电网改造方法基于实施例1的仿真方法实现，通过实施例1的仿真方法，能够验证利用改造后的高压电压提供惯量支撑的可行性，进而为电网调度人员对电网的实际改造提供理论支撑。本实施例的区别在于：
根据实施例1的仿真方法，若改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型在仿真运行过程中能够在国标要求的时间内为可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯性支撑，则说明实施例1中步骤S3通过对电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型改造来为可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯性支撑是可行的，电网调度人员即可按照实施例1的步骤S3的方法对实际电网中的高压电器进行改造，以此来避免投入并网旋转设备或增加电力电子装备提供系统惯量支撑造成功率缺额等问题。
本发明通过理论分析、仿真计算与实际改造相结合的方式，充分利用和优化改造电力系统现有设备设计和运行方式来提供系统惯量支撑，一方面可指导电网调度人员掌握电网抵抗干扰能力，当频率发生改变时及时采取预控措施；另一方面，也可从规划方面优化网络布局，研究可再生能源的接纳能力。
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。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建可再生能源渗透电力系统仿真模型，获取所述可再生能源渗透电力系统仿真模型发生故障或扰动时的惯量，分析所述可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性；
S2：建立高压直流输电设备模型库：构建可再生能源渗透电力系统仿真模型中高压直流输电设备的有限元仿真模型，并设置各高压直流输电设备模型的可调参数，形成参数可调的高压直流输电设备模型库；
所述步骤S2的具体步骤为：
S201：基于有限元分析软件建立所述可再生能源渗透电力系统仿真模型中各高压直流输电设备的有限元仿真模型；其中，所述高压直流输电设备的有限元仿真模型包括电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型；
S202：设置各高压直流输电设备可调节的控制参数，形成参数可调的高压直流输电设备模型库；
S3：改造高压直流输电设备模型：在所述高压直流输电设备模型库中选择影响惯量支撑的高压直流输电设备模型，根据所述可再生能源渗透电力系统仿真模型惯量支撑的要求，对选中的高压直流输电设备进行改造；
所述步骤S3的具体步骤为：
S301：在所述高压直流输电设备模型库中选择电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型的有限元仿真模型；
S302：对所述电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行改造并对改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型进行仿真，得到改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数模型仿真值；
S303：分别计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值，将该分布式参数理论值与分布式参数模型仿真值进行比较，验证所述有限元仿真模型的准确性；
S4：仿真运行：基于步骤S1中建立的所述可再生能源渗透电力系统仿真模型，根据所述可再生能源渗透电力系统仿真模型的暂态特性，控制经所述S3步骤改造后的高压直流输电设备模型降压运行，为所述可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑。
2.根据权利要求1所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S302中对所述电力线缆模型进行改造的具体方法为：
在所述电力线缆模型的绝缘层中增加第二半导电带，使得改造后的电力线缆模型由内而外依次包括第一导体、第一半导电带、导体屏蔽层、第一绝缘层、第一绝缘屏蔽层、第二半导电带、第二绝缘层、第二绝缘屏蔽层以及外护套。
3.根据权利要求2所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S302中对所述气体绝缘输电线路模型进行改造的具体方法为：
在所述气体绝缘输电线路模型的绝缘气体中增加第三导体，使得改造后的气体绝缘输电线路模型由内而外依次包括第二导体、第一绝缘气体层、第三导体、第二绝缘气体层和第四导体。
4.根据权利要求3所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S303的具体步骤为：
S3031：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值C：
C＝C1+C2
其中：C1为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值；C2为改造后的电力线缆模型中以第二半导电带的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值或改造后的气体绝缘输电线路模型中以第三导体的外径为界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值；
S3032：计算改造后的电力线缆模型和气体绝缘输电线路模型中电容的分布式参数理论值与步骤S302中的电容的分布式参数模型仿真值的差值；
S3033：判断所述差值是否满足预设条件，若满足，则将该有限元仿真模型用于步骤S4进行电力系统的仿真运行，否则，修改有限元仿真模型的参数，直至该差值满足预设条件为止。
5.根据权利要求4所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S3031中改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型以对应界线向内延伸的等效电容的分布式参数理论值C1通过以下公式计算得到：
Figure FDA0003558353380000041
其中：a为改造后的电力线缆模型中第一导体的半径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第二导体的半径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure FDA0003558353380000042
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值；
改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型以对应界线向外延伸的等效电容的分布式参数理论值C2通过以下公式计算得到：
Figure FDA0003558353380000043
其中：b为改造后的电力线缆模型或气体绝缘输电线路模型的外径；c为改造后的电力线缆模型中第二半导电带的外径或改造后的气体绝缘输电线路模型中第三导体的外径；
Figure FDA0003558353380000044
为相对介电常数，ε0为相对介电常数参考值。
6.根据权利要求1所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401：搭建高压直流输电设备的降压运行控制电路，所述降压运行控制电路包括频率回路和电压回路；
S402：当可再生能源渗透电力系统仿真模型频率波动的速度和幅值达到阈值时，通过所述降压运行控制电路控制电力线缆模型和/或气体绝缘输电线路模型降压运行，为可再生能源渗透电力系统仿真模型提供惯量支撑。
7.根据权利要求6所述的基于高压电器提供惯量支撑的仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中通过降压运行控制电路控制高压直流输电设备模型降压运行的具体方法为：
在所述频率回路中，基于电网的额定角频率和有功功率基准值以产生机械转矩；通过所述机械转矩以及频率回路的阻尼转矩和电压回路产生的电磁转矩，运用转子运动方程可计算得到所述降压运行控制电路的虚拟角频率，对该虚拟角频率作积分运算后即可得到输出电压的相位角；
所述机械转矩通过如下公式得到：
Figure FDA0003558353380000051
其中：Tm为机械转矩，P*为有功功率基准值，ωn为电网的额定角频率；
在所述电压回路中，对电压基准值和逆变器输出的实际电压幅值做差得到电压回路的无功偏差量，基于无功功率基准值、无功功率计算值和无功偏差量计算得到一临时信号；
所述临时信号通过如下公式计算得到：
Q'＝Dp(v*-vp)+(Q*-Q)；
其中：Q'为临时信号，Dp为阻尼系数，v*为电压基准值，vp为实际电网电压幅值v经放大指定倍数后的电压幅值，Q*为无功功率基准值，Q为无功功率计算值；
将所述临时信号通过增益为
Figure FDA0003558353380000061
的放大器放大后积分可得到一虚拟励磁磁势，其中，k为常数，进而结合虚拟角频率、相位角和逆变器输出的实际电网电流得到反电动势；
根据得到的相位角和反电动势，通过PWM发生器实现脉冲宽度调制，以实现降压控制。
8.一种基于高压设备提供惯量支撑的电网改造方法，其特征在于，基于权利要求1～7任一所述的基于高压设备提供惯量支撑的仿真方法得到的仿真结果，对电网实际运行的高压设备进行改造。
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