CN115051397B - 12脉动lcc换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

12脉动lcc换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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CN115051397B CN202210680607.3A CN202210680607A CN115051397B CN 115051397 B CN115051397 B CN 115051397B CN 202210680607 A CN202210680607 A CN 202210680607A CN 115051397 B CN115051397 B CN 115051397B
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Abstract

本申请涉及电力系统技术领域，提供了一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质。本申请能够保障电网换相型高压直流输电系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性。该方法包括：采用相序提取矩阵，对6脉动换流器数学模型进行处理，得到第一谐波状态空间模型、第二谐波状态空间模型；根据第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系、第一谐波状态空间模型以及第二谐波状态空间模型，得到12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；分别对交流滤波器、控制系统进行建模，得到第三谐波状态空间模型、第四谐波状态空间模型；连接12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、第三谐波状态空间模型以及第四谐波状态空间模型，输出12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。

Description

12脉动LCC换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着电力系统技术领域的发展，越来越多的技术人员选择针对电网换相型高压直流输电系统(LCC-HVDC)进行建模研究，以减少因电网换相型换流器在实际运行的过程中产生的谐波，对电网换相型高压直流输电系统的稳定性造成的负面影响。
然而，依据现有技术针对电网换相型高压直流输电系统(LCC-HVDC)进行建模研究时，由于涉及的影响因素维度较为有限，基于此类模型获取的评估结果准确性也有待提高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法、装置、设备和存储介质。
第一方面，本申请提供了一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法。所述方法应用于12脉动LCC换流站；所述12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；所述控制系统、所述交流滤波器均与所述12脉动LCC换流器相连接；所述12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与所述第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；所述方法包括：
采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；
根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；
分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；
将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
在其中一个实施例中，根据所述第一LCC换流器对应的变压器、所述第二LCC换流器对应的变压器的连接关系，确定对应于所述第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于所述第二LCC换流器的第二时域数学模型；根据所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型以及预设谐波次数，引入所述相序提取矩阵，得到所述第一谐波状态空间模型、所述第二谐波状态空间模型；所述相序提取矩阵用于提取所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型中的零序分量。
在其中一个实施例中，基于影响因子、所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系，得到所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型；所述影响因子为所述12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器；向所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入预设比例的扰动量，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号模型；根据所述开环谐波状态空间小信号模型、所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。
在其中一个实施例中，根据所述开环谐波状态空间小信号模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型；向所述开环谐波状态空间小信号模型中引入所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态直流阻抗模型。
在其中一个实施例中，根据所述12脉动LCC换流站的控制类型，得到所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型；根据所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型，得到所述第四谐波状态空间模型。
在其中一个实施例中，根据所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型所用参数，构建仿真阻抗模型，并通过频域扫描获取所述仿真阻抗模型的阻抗值；比较所述仿真阻抗模型的阻抗值与所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，并根据所述比较的结果确定所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性。
第二方面，本申请还提供了一种12脉动LCC换流站的阻抗建模装置。所述装置应用于12脉动LCC换流站；所述12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；所述控制系统、所述交流滤波器均与所述12脉动LCC换流器相连接；所述12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与所述第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；所述装置包括：
换流器模型构建模块，用于采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；
开环阻抗模型获取模块，用于根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；
中间模型获取模块，用于分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；
闭环阻抗模型输出模块，用于将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
上述12脉动LCC换流站的阻抗建模方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，首先，采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型。然后，根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。接着，分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型。最后，将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。该方案提供的基于谐波状态空间法构建的12脉动LCC换流站的阻抗模型，不仅考虑到了LCC系统内部动态特性和频率耦合效应、交流滤波器及其交直流系统动态特性以及在定电流控制下触发延迟角、两个换流变压器等影响因素，可能对电网换相型高压直流输电系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性造成的负面影响，有效保障了电网换相型高压直流输电系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性，还能够为电网换相型高压直流输电系统的稳定性评估以及参数优化提供合理性依据。
附图说明
图1为一个实施例中12脉动LCC换流站的阻抗建模方法的流程示意图；
图2为一个实施例中获取第一谐波状态空间模型、第二谐波状态空间模型的具体方式的流程示意图；
图3为一个实施例中获取12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的具体方式的流程示意图；
图4为一个实施例中获取开环谐波状态交流阻抗模型、开环谐波状态直流阻抗模型的具体方式的流程示意图；
图5为一个实施例中获取第四谐波状态空间模型的具体方式的流程示意图；
图6为一个实施例中验证12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性的具体方式的流程示意图；
图7为一个实施例中12脉动LCC换流站拓扑结构示意图；
图8为一个实施例中交流滤波器的电路结构示意图；
图9为一个实施例中基于定电流控制的控制系统的结构示意图；
图10为一个实施例中12脉动LCC换流站的阻抗建模装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
本申请实施例提供的12脉动LCC换流站的阻抗建模方法，可以应用于服务器执行。其中，数据存储系统可以存储服务器需要处理的数据；数据存储系统可以集成在服务器上，也可以放在云上或其他网络服务器上；服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法，该方法应用于12脉动LCC换流站；12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；控制系统、交流滤波器均与12脉动LCC换流器相连接；12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；以采用服务器执行该方法为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S101，采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型。
本步骤中，单相形式的6脉动换流器数学模型可以是由三相形式的6脉动换流器数学模型转换而来的；将三相形式的6脉动换流器数学模型转换为单相形式的6脉动换流器数学模型的具体方式，可以是正负零序分解；第一谐波状态空间模型是指基于谐波状态空间理论得到的、对应于第一LCC换流器的谐波状态空间模型；第二谐波状态空间模型是指基于谐波状态空间理论得到的、对应于第二LCC换流器的谐波状态空间模型；LCC换流器是指电网换相型换流器(line commutated converter，LCC)；采用谐波状态空间法((harmonicstate space，HSS)进行建模，可以将时域模型转换为频域模型、将时变系统模型定常化，使得换流器具有固定的稳态工作点，进而能够直观且精确地表征换流器内部多次谐波间相互耦合过程，并进行相应的谐波计算与分析。
步骤S102，根据第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系、第一谐波状态空间模型以及第二谐波状态空间模型，得到12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。
本步骤中，第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系，可以是串联或并联关系；12脉动LCC换流器的开环阻抗模型包括12脉动LCC换流器的开环直流阻抗模型以及12脉动LCC换流器的开环交流阻抗模型。
步骤S103，分别针对交流滤波器、控制系统进行建模，得到对应于交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于控制系统的第四谐波状态空间模型。
本步骤中，交流滤波器的电路结构可以是如图8所示的形式；控制系统可以是基于定电压或定电流控制的LCC控制系统；基于定电流控制的LCC控制系统的控制原理可以是，首先，将测量采集到的实际直流电流经过一节惯性环节T2/(1+sT1)，得到滤波后的直流电流，然后，将该直流电流与直流电流参考值作差，最后，将PI环节的输出值与π作差，即可得到控制换流器的触发信号α；第三谐波状态空间模型是指基于谐波状态空间理论得到的、对应于交流滤波器的谐波状态空间模型；第四谐波状态空间模型是指基于谐波状态空间理论得到的、对应于控制系统的谐波状态空间模型。
步骤S104，将12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、第三谐波状态空间模型以及第四谐波状态空间模型相连接，输出12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
本步骤中，12脉动LCC换流站可以是由两个6脉动LCC换流器直流侧级联形成的；12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型可以用于计算电网换相型高压直流输电系统(linecommutated converter based high voltage direct，LCC-HVDC)的谐波阻抗，进而为LCC系统稳定性评估和参数优化提供合理性依据；12脉动LCC换流站的拓扑结构可以是如图7所示的形式。
针对上述步骤S103，对获取对应于交流滤波器的第三谐波状态空间模型的具体方式，以拓扑结构如图7所示的12脉动LCC换流站、电路结构如图8所示的交流滤波器为例，进行总体说明：
首先，为了方便后续直接将交流滤波器的模型接入12脉动LCC换流站的数学模型，需要将如图8所示的交流滤波器的时域数学模型转换为如下式所示的频域形式：
Zfilter(ω)＝Zfilter1(ω)//Zfilter2(ω)
其中，上式还需要满足以下条件：
然后，基于谐波空间法，将上述交流滤波器的时域数学模型转换为状态空间形式，则可以得到如下所示的对应于12脉动LCC换流站中的交流滤波器的谐波状态空间模型(即对应于交流滤波器的第三谐波状态空间模型)：
上述12脉动LCC换流站的阻抗建模方法，首先，采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型。然后，根据第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系、第一谐波状态空间模型以及第二谐波状态空间模型，得到12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。接着，分别针对交流滤波器、控制系统进行建模，得到对应于交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于控制系统的第四谐波状态空间模型。最后，将12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、第三谐波状态空间模型以及第四谐波状态空间模型相连接，输出12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。该方案提供的基于谐波状态空间法构建的12脉动LCC换流站的阻抗模型，不仅考虑到了LCC系统内部动态特性和频率耦合效应、交流滤波器及其交直流系统动态特性以及在定电流控制下触发延迟角、两个换流变压器等影响因素，可能对电网换相型高压直流输电系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性造成的负面影响，有效保障了电网换相型高压直流输电系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性，还能够为电网换相型高压直流输电系统的稳定性评估以及参数优化提供合理性依据。
对于获取第一谐波状态空间模型、第二谐波状态空间模型的具体方式，在一个实施例中，如图2所示，上述步骤S101具体包括：
步骤S201，根据第一LCC换流器对应的变压器、第二LCC换流器对应的变压器的连接关系，确定对应于第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于第二LCC换流器的第二时域数学模型。
本步骤中，根据第一LCC换流器对应的变压器、第二LCC换流器对应的变压器的连接关系，可以确定12脉动LCC换流站中的各个LCC换流器各自对应的时域数学模型。
例如，将采用Y-Δ连接的变压器对应的LCC换流器作为第一LCC换流器，将采用Y-Y连接的变压器对应的LCC换流器作为第二LCC换流器，进而确定对应于第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于第二LCC换流器的第二时域数学模型。
步骤S202，根据第一时域数学模型、第二时域数学模型以及预设谐波次数，引入相序提取矩阵，得到第一谐波状态空间模型、第二谐波状态空间模型；相序提取矩阵用于提取第一时域数学模型、第二时域数学模型中的零序分量。
本步骤中，预设谐波次数可以是基于谐波状态空间理论与实际情况进行选取的。
上述实施例通过向对应于第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于第二LCC换流器的第二时域数学模型，引入相序提取矩阵的方式，有效解耦了针对LCC换流器直流侧进行建模时存在的正序、负序干扰，进而提高了第一谐波状态空间模型、第二谐波状态空间模型的数据准确性。
对于获取12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的具体方式，在一个实施例中，如图3所示，上述步骤S102具体包括：
步骤S301，基于影响因子、第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系，得到12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型；影响因子为12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器。
本步骤中，第一LCC换流器和第二LCC换流器之间的连接关系，可以是串联或并联关系；将12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器，作为构建12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型的影响因子，是指将12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器作为12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型的影响因素。
步骤S302，向12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入预设比例的扰动量，得到12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号模型。
本步骤中，向12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入预设比例的扰动量，是指向12脉动LCC换流器的交流侧或直流侧注入谐波，或是针对12脉动LCC换流器的控制量参考值进行相应的修改；扰动量的比例，可以根据实际需求进行设定，设定扰动量的比例可以保证扰动量对12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号模型的准确性造成的影响在可控范围以内。
例如，若需要向12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入一个较小的扰动，则可将扰动量的比例预设为10％。
步骤S303，根据开环谐波状态空间小信号模型、12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。
本步骤中，12脉动LCC换流器的开环阻抗模型是指12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗模型，包括12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间交流阻抗模型，以及12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间直流阻抗模型。
上述实施例通过根据开环谐波状态空间小信号模型、12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，获取12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的方式，构建得到了充分考虑到了LCC系统内部动态特性和频率耦合效应的12脉动LCC换流器的开环阻抗模型，进而保证了基于12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型获取的谐波计算与分析结果的准确性。
对于获取开环谐波状态交流阻抗模型、开环谐波状态直流阻抗模型的具体方式，在一个实施例中，如图4所示，上述步骤S303具体包括：
步骤S401，根据开环谐波状态空间小信号模型，得到12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型。
本步骤中，12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型，是根据引入了预设比例的扰动量的开环谐波状态空间小信号模型得到的。
步骤S402，向开环谐波状态空间小信号模型中引入12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到12脉动LCC换流器的开环谐波状态直流阻抗模型。
本步骤中，12脉动LCC换流器的开环谐波状态直流阻抗模型，是根据状态变量矩阵中的电流与输入矩阵中的电压信息的比值得到的换流器导纳矩阵，并针对前述矩阵取倒得到的阻抗信息进行确定的。
结合上述步骤S201至S402，对获取12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的具体方式，以拓扑结构如图7所示的12脉动LCC换流站、电路结构如图8所示的交流滤波器为例，进行整体说明：
首先，当电网换相型高压直流输电系统稳定工作时，可以采用如下开关函数表示该系统交流、直流侧的电压与电流：
其中，Swj为LCC换流器的三相开关函数，可以采用如下表达式进行表示：
然后，将上式转换为频域形式，并令则可以得到如下表达式：
接着，通过正负零序分解的方式，可以将上述三相模型简化为如下式所示的单相模型(即单相形式的6脉动换流器数学模型)：
其中，上角标0的项表示为该变量的零序分量，L-1表示拉式反变换。
之后，由于十二脉动LCC换流站是由两个六脉动LCC直流侧级联形成的，因此，可以通过拓展6脉动LCC数学建模结果，得到12脉动LCC换流站数学模型。假设采用Y-Δ连接的变压器对应的LCC换流器为第一LCC换流器，其相应的变量均使用下标Δ，采用Y-Y连接的变压器对应的LCC换流器为第二LCC换流器，其相应的变量均使用下标Y，则第二LCC换流器的时域数学模型与上述单相形式的6脉动换流器数学模型一致，第一LCC换流器则需要将其触发脉冲滞后30°，即将锁相环输出的θ减去30°再与α进行比较，可以采用如下表达式表示第一LCC换流器的时域数学模型：
随后，利用谐波状态空间理论，并将预设谐波次数h设置为3，并引入相序提取矩阵，即可如下式所示的对应于第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型：
其中，上式中各个加粗的变量均表示其对应的次数的傅里叶系数组成的Toepliz矩阵。中下标0表示提取零序分量，上标s∈{+,-,0}分别表示正序、负序和零序扰动下的提取矩阵。
此外，由于LCC换流站的直流侧仅包含零序分量，为了方便后续计算以及解耦正序和负序干扰，在对直流侧信息进行建模时，需要引入一个相序矩阵来对上式中的零序分量进行提取，假设此时的扰动量为零序扰动，则引入了相序提取矩阵的模型表现形式可以是如下所示的形式：
其中，上式中提取矩阵其他位置元素均为0。
另外，对于其余情况下的提取矩阵部分展示如下：
其后，根据第一LCC换流器、第二LCC换流器之间的连接关系，并将12脉动LCC换流站中的交流滤波器以及变压器纳入需要考虑的影响因素范围，则可以得到如下所示的12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型：
其中，TΔ1→2、TΔ2→1为反应Y-Δ连接的变压器两侧电压电流相位关系的移相矩阵，kT为变压器的变比矩阵，
再之后，向上式中引入比例不高于10％的扰动量，即可得到如下所示的12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号数学模型：
sΔXlccop＝(Alccop-Q)ΔXlccop+BlccopΔUlccop
其中，
ΔXlccop＝[ΔXlccop-h，...，ΔXlccop0，...，ΔXlccop+h]T
ΔXlccopl+1＝[ΔiL2+1，ΔuC1+1，ΔiL1+1，ΔuC2+1，ΔiL3+1，ΔuC3+1，Δidcr+1]T
ΔUlccop＝[ΔUlccop-h，...，ΔUlccop0，...，ΔUlccop+h]T
ΔUlccop0＝[Δudcr0，Δuac0]T
12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵如下所示：
0＝(Alccop-Q)ΔXlccop+BlccopΔUlccop
BlccopΔUlccop＝-(Alccop-Q)ΔXlccop
最后，根据状态变量矩阵中的电流与输入矩阵中的电压信息的比值，得到LCC换流器导纳矩阵，并对该矩阵进行取倒处理，即可得到其阻抗信息。因此，根据上述推导过程得到的12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间直流阻抗模型如下式所示：
然而，由于Δiac无法作为状态变量建立在12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号数学模型中，因此，只能通过12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号数学模型计算得到每个扰动频率下的Δiac来获取如下所示的12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间交流阻抗模型：
上述实施例通过根据开环谐波状态空间小信号模型、12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，获取12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型、开环谐波状态直流阻抗模型的方式，有效保障了12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的数据准确性，进而保证了基于12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型获取的谐波计算与分析结果的准确性。
对于获取第四谐波状态空间模型的具体方式，在一个实施例中，如图5所示，上述方法还包括步骤：
步骤S501，根据12脉动LCC换流站的控制类型，得到控制系统对应的谐波状态空间小信号模型。
本步骤中，12脉动LCC换流站的控制类型，可以是基于定电压或定电流控制；基于定电流PI控制的控制系统的控制结构可以是如图9所示的。
步骤S502，根据控制系统对应的谐波状态空间小信号模型，得到第四谐波状态空间模型。
本步骤中，第四谐波状态空间模型是指对应于12脉动LCC换流站中的控制系统的第四谐波状态空间模型。
结合上述步骤S501至S502，以拓扑结构如图7所示的12脉动LCC换流站、电路结构如图8所示的交流滤波器、控制结构如图9所示的基于定电流PI控制的控制系统为例，对构建对应于12脉动LCC换流站中的控制系统的第四谐波状态空间模型的具体方式，进行整体说明：
首先，由于6脉动LCC由6个晶闸管组成，且晶闸管的导通条件为加正向电压且门极有触发电流，触发延迟角就是从晶闸管开始承受正向电压到世家触发脉冲止的电角度。也就是说，通过调节触发延迟角，可以控制换流桥输出直流电压的大小。因此，可以采用如下表达式表示频域下的定电流控制下触发延迟角α的传递函数：
α(ω)＝π-GPI(ω)[idcrref(ω)-idcr(ω)G1(ω)]
其中，上式中的各项需要满足以下条件：
然后，基于上述表达式，可以得到如下式所示的12脉动LCC换流站的定电流控制系统的谐波状态空间小信号模型：
Δα＝GPIG1Δidcr
最后，为了统一12脉动LCC换流站的模型表达形式，以及将控制系统模型更便利地接入12脉动LCC换流器中，需要将上式转换成如下式所示的谐波状态空间形式(即对应于12脉动LCC换流站中的控制系统的第四谐波状态空间模型)：
sΔXclcc＝(Aclcc-Q)ΔXclcc+BclccΔUclcc
其中，上式中的各项需要满足以下条件：
ΔXclcc＝[ΔXclcc-h,...,ΔXclcc0,...,ΔXclcc+h]T
ΔXclcc0＝[Δidcrr0,Δα0]T
ΔUclcc＝[ΔUclcc-h,...,ΔUclcc0,...,ΔUclcc+h]T
ΔUclcc0＝[Δidcr0]
Q＝diag{-jhω1·I,...,-jω1·I,0,...,jω1·I,...,jhω1·I}
上述实施例通过根据12脉动LCC换流站的控制类型，确定对应于12脉动LCC换流站的谐波状态空间小信号模型以及第四谐波状态空间模型的方式，有效保证了对应于12脉动LCC换流站中的控制系统的第四谐波状态空间模型的数据准确性，进而确保了12脉动LCC换流器的开环阻抗模型的准确性。
对于验证12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性的具体方式，在一个实施例中，如图6所示，上述方法还包括步骤：
步骤S601，根据12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型所用参数，构建仿真阻抗模型，并通过频域扫描获取仿真阻抗模型的阻抗值。
本步骤中，仿真阻抗模型可以是采用PSCAD软件构建的；仿真阻抗模型的阻抗值，可以是通过对采用PSCAD软件构建的仿真阻抗模型进行频域扫描获取的。
步骤S602，比较仿真阻抗模型的阻抗值与12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，并根据比较的结果确定12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性。
本步骤中，比较仿真阻抗模型的阻抗值与12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，是指通过比较的方式，获取仿真阻抗模型的阻抗值与12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值之间的差异率；根据比较的结果确定12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性，是指根据仿真阻抗模型的阻抗值与12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值之间的差异率，确定12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性。
上述实施例通过比较仿真阻抗模型的阻抗值与12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，确定12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性的方式，不仅有效地保障了基于谐波状态空间法针对电网换相型高压直流输电(LCC-HVDC)系统的谐波阻抗计算与分析结果的准确性，还能够为电网换相型高压直流输电(LCC-HVDC)系统的稳定性评估以及参数优化奠定合理性基础。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的12脉动LCC换流站的阻抗建模方法的12脉动LCC换流站的阻抗建模装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个12脉动LCC换流站的阻抗建模装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于12脉动LCC换流站的阻抗建模方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种12脉动LCC换流站的阻抗建模装置，该装置应用于12脉动LCC换流站；所述12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；所述控制系统、所述交流滤波器均与所述12脉动LCC换流器相连接；所述12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与所述第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；该装置1000包括：
换流器模型构建模块1001，用于采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；
开环阻抗模型获取模块1002，用于根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；
中间模型获取模块1003，用于分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；
闭环阻抗模型输出模块1004，用于将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
在一个实施例中，换流器模型构建模块1001，具体用于根据所述第一LCC换流器对应的变压器、所述第二LCC换流器对应的变压器的连接关系，确定对应于所述第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于所述第二LCC换流器的第二时域数学模型；根据所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型以及预设谐波次数，引入所述相序提取矩阵，得到所述第一谐波状态空间模型、所述第二谐波状态空间模型；所述相序提取矩阵用于提取所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型中的零序分量。
在一个实施例中，开环阻抗模型获取模块1002，具体用于基于影响因子、所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系，得到所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型；所述影响因子为所述12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器；向所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入预设比例的扰动量，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号模型；根据所述开环谐波状态空间小信号模型、所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。
在一个实施例中，开环阻抗模型获取模块1002，还用于根据所述开环谐波状态空间小信号模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型；向所述开环谐波状态空间小信号模型中引入所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态直流阻抗模型。
在一个实施例中，上述装置1000还包括：控制系统模型获取模块，用于根据所述12脉动LCC换流站的控制类型，得到所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型；根据所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型，得到所述第四谐波状态空间模型。
在一个实施例中，上述装置1000还包括：阻抗模型验证模块，用于根据所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型所用参数，构建仿真阻抗模型，并通过频域扫描获取所述仿真阻抗模型的阻抗值；比较所述仿真阻抗模型的阻抗值与所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，并根据所述比较的结果确定所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性。
上述12脉动LCC换流站的阻抗建模装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储12脉动LCC换流站的阻抗建模相关数据等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是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非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种12脉动LCC换流站的阻抗建模方法，其特征在于，所述方法应用于12脉动LCC换流站；所述12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；所述控制系统、所述交流滤波器均与所述12脉动LCC换流器相连接；所述12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与所述第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；所述方法包括：
采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；
根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；
分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；
将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型，包括：
根据所述第一LCC换流器对应的变压器、所述第二LCC换流器对应的变压器的连接关系，确定对应于所述第一LCC换流器的第一时域数学模型、对应于所述第二LCC换流器的第二时域数学模型；
根据所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型以及预设谐波次数，引入所述相序提取矩阵，得到所述第一谐波状态空间模型、所述第二谐波状态空间模型；所述相序提取矩阵用于提取所述第一时域数学模型、所述第二时域数学模型中的零序分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型，包括：
基于影响因子、所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系，得到所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型；所述影响因子为所述12脉动LCC换流站中的交流滤波器、变压器；
向所述12脉动LCC换流器的谐波状态空间模型中引入预设比例的扰动量，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间小信号模型；
根据所述开环谐波状态空间小信号模型、所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述开环谐波状态空间小信号模型、所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型，包括：
根据所述开环谐波状态空间小信号模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态交流阻抗模型；
向所述开环谐波状态空间小信号模型中引入所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态空间阻抗中间矩阵，得到所述12脉动LCC换流器的开环谐波状态直流阻抗模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
根据所述12脉动LCC换流站的控制类型，得到所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型；
根据所述控制系统对应的谐波状态空间小信号模型，得到所述第四谐波状态空间模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型所用参数，构建仿真阻抗模型，并通过频域扫描获取所述仿真阻抗模型的阻抗值；
比较所述仿真阻抗模型的阻抗值与所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的阻抗值，并根据所述比较的结果确定所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型的准确性。
7.一种12脉动LCC换流站的阻抗建模装置，其特征在于，所述装置应用于12脉动LCC换流站；所述12脉动LCC换流站包括12脉动LCC换流器、控制系统以及交流滤波器；所述控制系统、所述交流滤波器均与所述12脉动LCC换流器相连接；所述12脉动LCC换流器包括第一LCC换流器、与所述第一LCC换流器相连接的第二LCC换流器；所述装置包括：
换流器模型构建模块，用于采用相序提取矩阵，对单相形式的6脉动换流器数学模型进行处理，得到对应于所述第一LCC换流器的第一谐波状态空间模型、对应于所述第二LCC换流器的第二谐波状态空间模型；
开环阻抗模型获取模块，用于根据所述第一LCC换流器和所述第二LCC换流器之间的连接关系、所述第一谐波状态空间模型以及所述第二谐波状态空间模型，得到所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型；
中间模型获取模块，用于分别针对所述交流滤波器、所述控制系统进行建模，得到对应于所述交流滤波器的第三谐波状态空间模型、对应于所述控制系统的第四谐波状态空间模型；
闭环阻抗模型输出模块，用于将所述12脉动LCC换流器的开环阻抗模型、所述第三谐波状态空间模型以及所述第四谐波状态空间模型相连接，输出所述12脉动LCC换流站的闭环阻抗模型。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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