專利名稱：高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的換流器建模方法，具體是指適用于各種運(yùn)行 工況和故障情況下，交直流混聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換 流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法。
背景技術(shù)：
高壓直流輸電技術(shù)以其在遠(yuǎn)距離大容量輸電的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的
應(yīng)用。截至2008年，我國(guó)已有9項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)行，規(guī)劃中的直流輸電 工程超過(guò)20項(xiàng)。我國(guó)正逐步形成世界上最大的含多饋入直流輸電系統(tǒng)的混聯(lián)電 網(wǎng)，因此有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確建模以研究其動(dòng)態(tài)特性。
在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流器是典型的離散開關(guān)元件。對(duì)于大規(guī)模交直 流混聯(lián)電網(wǎng)，由于計(jì)算規(guī)模和時(shí)間的限制，難以對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)中的換流 器采用詳細(xì)的包含閥過(guò)程的電磁暫態(tài)模型，而采用過(guò)于簡(jiǎn)化、忽略換流器動(dòng)態(tài) 的模型又會(huì)使得分析缺乏準(zhǔn)確性。目前已有應(yīng)用于系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的換流 器動(dòng)態(tài)相量模型的建模方法。采用該方法可在仿真中采取較大的步長(zhǎng)，有效提 高計(jì)算速度的同時(shí)保持一定的工程精度。該方法是通過(guò)構(gòu)造用于反映換流器開 關(guān)動(dòng)作的電壓和電流開關(guān)函數(shù)，以此描述換流器交直流兩側(cè)電壓和電流關(guān)系。 具體是指，其所構(gòu)造的開關(guān)函數(shù)假設(shè)了在各種擾動(dòng)情況下?lián)Q流器的開關(guān)動(dòng)作不
受影響，即假設(shè)了三相交流電壓對(duì)稱，且換流器中各閥的開關(guān)動(dòng)作保持對(duì)稱。 因此其所構(gòu)造的開關(guān)函數(shù)為波形不變的周期性函數(shù)。然而，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不 對(duì)稱故障時(shí)，由于三相換相電壓不對(duì)稱，換流器將工作于非對(duì)稱狀態(tài)三相換 相角不相等且換流器中各換流閥的導(dǎo)通時(shí)刻也將發(fā)生偏移。此時(shí)，上述假設(shè)并 不成立。因此，波形不變的開關(guān)函數(shù)將無(wú)法反映交流不對(duì)稱故障下?lián)Q流器的真 實(shí)動(dòng)態(tài)特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了 一種適用于各種運(yùn) 行工況和故障情況下的高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法。該方法
8根據(jù)不對(duì)稱三相換相電壓對(duì)換流器開關(guān)動(dòng)作的影響，構(gòu)造由基本分量、換相分 量和修正分量組成的電壓和電流開關(guān)函數(shù)，突破現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量建模的應(yīng) 用局限性，從而使之適用于交直流系統(tǒng)各種運(yùn)行工況和故障情況下，有效提高 了計(jì)算的精度，減少了計(jì)算規(guī)模，滿足了工程應(yīng)用所需。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng) 態(tài)相量建模方法，包括以下步驟
(1) 數(shù)據(jù)處理根據(jù)已知的換流器交流側(cè)相電壓的采樣值，計(jì)算相應(yīng)的線 電壓，并利用現(xiàn)有的離散傅立葉變換，分別計(jì)算相電壓和線電壓的一階動(dòng)態(tài)相
(2) 計(jì)算同步電壓相位的偏移將三個(gè)線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量轉(zhuǎn)換為a分 量和-分量，并分別根據(jù)a分量和々分量的幅值和相位，計(jì)算直流控制系統(tǒng)同 步電壓的相位^^;由三個(gè)線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量的相位，以及計(jì)算得到的p，， 分別計(jì)算同步電壓相位的偏移A&。、 A^u和A^v，其中下標(biāo)^、 te和^分別 表示上述角度偏移以W、 &和m線電壓一階動(dòng)態(tài)相量的相位為基準(zhǔn)；
(3) 計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角和實(shí)際觸發(fā)角比較已知的直流控制系統(tǒng)給出 的觸發(fā)角指令值和歩驟(2)中計(jì)算所得到的同歩電壓相位偏移的大小，計(jì)算換 流閥延遲導(dǎo)通角6U、 l和&。，以及實(shí)際觸發(fā)角cu、 ocfc禾Bc^，其中下標(biāo)^、 &和ca分別表示上述角度對(duì)應(yīng)于W、 和ca兩相換相；
(4) 計(jì)算換相角根據(jù)已知的換流器直流側(cè)電流的采樣值，通過(guò)離散傅立
葉變換，計(jì)算其零階動(dòng)態(tài)相量；根據(jù)步驟(1)中所計(jì)算得到的線電壓的一階動(dòng) 態(tài)相量和由步驟(3)所得到實(shí)際觸發(fā)角，以及已知的換流變壓器等值至閥側(cè)的 漏電抗A，計(jì)算a6、 6c和ca兩相換相時(shí)的換相角 和
(5) 計(jì)算開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量由步驟(3)和步驟(4)計(jì)算得到的 延遲導(dǎo)通角、實(shí)際觸發(fā)角和換相角，分別計(jì)算三相電壓和三相電流開關(guān)函數(shù)的《 階動(dòng)態(tài)相量，并由此計(jì)算正序和負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量以及正序和 負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，其中g(shù)為任意非零整數(shù)；
(6) 計(jì)算換流器交流側(cè)電壓的正序和負(fù)序分量根據(jù)已知的換流器交流側(cè) 三相電壓的采樣值，通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算其(p-g)階動(dòng)態(tài)相量，其中p為 仟意整數(shù)，《為任意非零整數(shù)且《^p;根據(jù)計(jì)算所得的交流側(cè)三相電壓的&1) 階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算其正序和負(fù)序分量；
(7) 構(gòu)造換流器的動(dòng)態(tài)相量模型根據(jù)已知的換流器直流側(cè)電流的采樣值，
通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算換流器直流側(cè)電流的a^)階動(dòng)態(tài)相量，其中^為任意整數(shù)且《^h根據(jù)步驟(5)計(jì)算所得的正序和負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)
相量，以及換流器交流側(cè)三相電壓正序和負(fù)序分量的(p- )階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算換
流器直流側(cè)電壓的/7階動(dòng)態(tài)相量；根據(jù)步驟(5)計(jì)算所得的正序和負(fù)序電流開
關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，以及換流器直流側(cè)電流Ot-《)階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算換流器
交流側(cè)電流正序和負(fù)序分量的A:階動(dòng)態(tài)相量。
為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述步驟(1)數(shù)據(jù)處理，具體是指通過(guò)離散傅立 葉變換計(jì)算換流器交流側(cè)"、6、 C三相電壓的一階動(dòng)態(tài)相量〈w?！?、 〈&X、 〈A〉，(下
標(biāo)"l"表示一階)，并由下式計(jì)算換流母線相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量
<formula>formula see original document page 10</formula>
〈"J,為換流母線ca相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量、〈"。^為換流母線"6相間電壓 的一階動(dòng)態(tài)相量、〈^二為換流母線fc相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量。
所述步驟(2)計(jì)算同步電壓相位的偏移，具體是指設(shè)《="^^和 & 二^Z^分別表示換相電壓的《分量和々分量，其可由下式計(jì)算
<formula>formula see original document page 10</formula>
利用換相電壓的a分量f7。 =^^7。和換相電壓的y5分量^ =[/^%，由下列 公式計(jì)算直流控制系統(tǒng)同步電壓的相位^， Zsin pG + f/" cos , A
<formula>formula see original document page 10</formula>
式中，K和^分別為換相電壓的a分量和/ 分量的幅值；w。和^分別為換
相電壓的《分量和分量的相位；
設(shè)公式中下標(biāo)m;F"ZK 6c、a、 6、 c分別表示三相中的一相；
根據(jù)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)k"的相位&a、 〈^〉,的相位^、 〈％.〉,的
相位^e分別計(jì)算同步電壓的相位偏移A&。、 A&6、 A爐^
化。= - A" △n"u240°
其中A^為m相間同歩電壓的相位偏移，A^u為W相間同歩電壓的相位 偏移，Ap&為6c相間同歩電壓的相位偏移。所述步驟(3)計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角和實(shí)際觸發(fā)角，具體是指根據(jù)直流 控制系統(tǒng)的觸發(fā)角指令《。，計(jì)算兩相換相時(shí)換流閥延遲導(dǎo)通角& 和實(shí)際觸發(fā)角
<formula>formula see original document page 11</formula>
上式中，各個(gè)角度均以滯后為正，超前為負(fù)。
所述步驟(4)計(jì)算換相角，具體是指設(shè)/^ 為附"兩相換相時(shí)的換相角， 通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算換流器直流側(cè)電流的零階動(dòng)態(tài)相量〈?！?。(下標(biāo)"0"表示
零階)，并根據(jù)換流變壓器等值至閥側(cè)的漏電抗X"實(shí)際觸發(fā)角 和換流母線 相間電壓一階動(dòng)態(tài)相量幅值l〈^二l ，代入以下公式計(jì)算/^":
l =
義
所述步驟(5)計(jì)算開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，具體是指
5. 1由下式公式計(jì)算得到開關(guān)函數(shù)基本分量的《階動(dòng)態(tài)相量^〉 和開關(guān)函數(shù)
修正分量的《階動(dòng)態(tài)相量〈
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，《為任意非零整數(shù)；e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)；/為虛數(shù)單位; 5. 2由下列公式計(jì)算電壓開關(guān)函數(shù)換相分量的《階動(dòng)態(tài)相量^，
5叫
,和電流開關(guān)函數(shù)換相分量的g階動(dòng)態(tài)相量O,
<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula>
式中，1〈""l為〈tU,的幅值，cc則為實(shí)際觸發(fā)角； 5.3計(jì)算三相電壓開關(guān)函數(shù)的g階動(dòng)態(tài)相量〈&。、、 <^^、 〈&、和三相電流 開關(guān)函數(shù)的g階動(dòng)態(tài)相量<formula>formula see original document page 12</formula>
式中，<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 13</formula>
其中，&6、 Ae和Aa分別為W、 Z)C和Cfl兩相換相時(shí)的換流閥延遲導(dǎo)通角； 和^。分別為"6、 6c和M兩相換相時(shí)的換相角；
5.4由化。〉q、 〈&\、 〈^〉《計(jì)算正序、負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，
由fe。〉一 〈&〉9、 fe丄計(jì)算正序、負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量
<formula>formula see original document page 13</formula>式中<formula>formula see original document page 13</formula>A為正序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，〈《》為負(fù)序電流 開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，〈《》為正序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，〈《》為負(fù)
序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量。
所述步驟(6)計(jì)算換流器交流側(cè)電壓的的正序和負(fù)序分量，具體是指通 過(guò)公式計(jì)算換流器交流側(cè)三相電壓正序分量的《)階動(dòng)態(tài)相量"+〉—和換流器
交流側(cè)三相電壓負(fù)序分量的階動(dòng)態(tài)相量<formula>formula see original document page 13</formula>其中，p為任意非零整數(shù)，《為任意非零整數(shù)且《^, 〈o^ 、 kl—,和〈"》,，i分
別為換流母線a、 6、 c三相電壓的(/>^)階動(dòng)態(tài)相量，可由離散傅立葉變換計(jì)算得到。
所述歩驟(7)構(gòu)造換流器的動(dòng)態(tài)相量模型，具體是指根據(jù)現(xiàn)有的換流器 動(dòng)態(tài)相量模型，由下式建立適用于各種運(yùn)行工況和不對(duì)稱情況下的換流器動(dòng)態(tài) 相量模型式中，〈r〉^為換流器交流側(cè)電流正序分量的A:階動(dòng)態(tài)相量、〈r》為換流器交
流側(cè)電流負(fù)序分量的t階動(dòng)態(tài)相量；〈",〉p為換流器直流側(cè)電壓的p階動(dòng)態(tài)相量； 〈<、為正序電流開關(guān)函數(shù)的< 階動(dòng)態(tài)相量，〈《》為負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的g階動(dòng)態(tài)
相量、<<〉9為正序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量、〈(》為負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《 階動(dòng)態(tài)相量，〈^h是通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算得到的換流器直流側(cè)電流的a力)
階動(dòng)態(tài)相量。
所述離散傅立葉變換，具體是指-
對(duì)于7v點(diǎn)離散序列(x[/]L^ ， =i>—7》、[/]
一 — /=1
式中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，y'為虛數(shù)單位，W表示采樣點(diǎn)數(shù)，其中1^/SW， 〈x》表示x的&階動(dòng)
態(tài)相量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1) 鑒于當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，在換流器的不對(duì)稱開關(guān)動(dòng)作下， 直流系統(tǒng)將向交流系統(tǒng)注入的電流中包含正序和負(fù)序分量。而現(xiàn)有的換流器動(dòng) 態(tài)相量模型所采用的開關(guān)函數(shù)是波形不變的周期性函數(shù)，不能反映換流器的不 對(duì)稱開關(guān)動(dòng)作，因此其不能準(zhǔn)確計(jì)及上述直流系統(tǒng)將向交流系統(tǒng)注入的電流中 的正序分量，更不能計(jì)及其中的負(fù)序分量，使計(jì)算誤差較大。本發(fā)明提供了一 種能適用于各種正常運(yùn)行工況和故障情況下交直流混合系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)特性仿真計(jì) 算的動(dòng)態(tài)相量模型。該模型能準(zhǔn)確計(jì)算交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，直流系統(tǒng) 將向交流系統(tǒng)注入的正序和負(fù)序電流，從而發(fā)展了換流器動(dòng)態(tài)相量建模方法， 突破了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)相量模型應(yīng)用的局限性，填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的空白，對(duì)大規(guī)模 交直流混聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究具有重要意義。
(2) 有效的提高了計(jì)算精度，滿足工程應(yīng)用所需；當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱 故障時(shí)，直流系統(tǒng)將向交流系統(tǒng)注入的電流中包含正序和負(fù)序分量，因此必須 精確這兩個(gè)分量才能保證計(jì)算精度。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的換流器模型是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。 該模型采用的理想化的假設(shè)使之在交流系統(tǒng)發(fā)牛不對(duì)稱故障的情況下難以滿足 工程所需。本發(fā)明構(gòu)造了可反映交流系統(tǒng)不對(duì)稱條件下?lián)Q流器開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)
14函數(shù)，從而建立了相應(yīng)的換流器動(dòng)態(tài)相量模型。該模型能準(zhǔn)確計(jì)算上述交流電 流中正序和負(fù)序分量，有效的提高了計(jì)算精度。
(3)有效的降低了計(jì)算規(guī)模。本發(fā)明所提的動(dòng)態(tài)相量模型具有伸縮性，即 可根據(jù)問(wèn)題求解的需要，忽略電壓和電流中不關(guān)注的若干階動(dòng)態(tài)相量，從而實(shí) 現(xiàn)模型的簡(jiǎn)化，有效降低了計(jì)算規(guī)模。


圖1是本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)中換流器的結(jié)構(gòu)示意圖2是分別應(yīng)用本發(fā)明所述換流器動(dòng)態(tài)相量模型和現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量模 型，以及應(yīng)用PSCAD/EMTDC仿真軟件，計(jì)算直流側(cè)電壓零階動(dòng)態(tài)相量的比較 示意圖3(a)是分別采用圖2的三種方式計(jì)算交流側(cè)a相電流一階動(dòng)態(tài)相量的比 較示意圖3(b)是分別采用圖2的三種方式計(jì)算換流器交流側(cè)電流的正序分量的一 階動(dòng)態(tài)相量比較示意圖-，
圖3(c)是分別采用圖2的三種方式計(jì)算換流器交流側(cè)電流的負(fù)序分量的一 階動(dòng)態(tài)相量比較示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施 方式不限于此。
本發(fā)明高壓直流輸電系統(tǒng)中換流器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，取數(shù)據(jù)窗^的長(zhǎng)度 為20毫秒，取得『,中的換流器交流側(cè)"、6和c相電壓和直流側(cè)電流的采樣值 {"。 = ,""2'，…,"w];
W"]L—<.v+c""C2，"C3"..，"cw];
(下標(biāo)l， 2， 3，…，W表不20毫秒內(nèi)的各個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)2kHz的采樣頻率， W =0.02x2000 = 40 );
對(duì)于W點(diǎn)離散序列{x[/]}|sfeA, ， 〈A = 式中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，乂為虛數(shù)單位，W表示采樣點(diǎn)數(shù)，其中BBW， 〈x〉(表示x的&階動(dòng)態(tài)相量。
1.利用離散傅立葉變換，分別計(jì)算"。、叫和^的一階動(dòng)態(tài)相量，如: 〈K"》,I化0Z90。
=500.552245.81° ;
Z% =480.982146.58。
4'
計(jì)算相應(yīng)的線電壓一階動(dòng)態(tài)相:
1〈"》'々。=500.552245.81° 々c -1〈w》J々i = 747.71Z105.22° 〈O' — 〈" 〉,|々-1〈"c〉J々c "80.98Z-33.42°
將〈"。厶、〈WA和〈^X轉(zhuǎn)換為《分量《和"分〗 ""化
:仏c>。
i
0
1
0
-1/2 -1/2
-1/2 -力/2.
-1/2.
480.982-33.42° 500.55Z245.8r 747.71Z105,22°
概98力33.42。 680.172269.57°
由《和^計(jì)算直流控制系統(tǒng)同步電壓的相位p，: t/a sin % +cos &
屯—
t/a cos % -sin ^
480.98sin -123.42° + 680.17cos( 179.57°
、14.01°
480.98cos(-123.42" —680.7sin(179.57"乂
%b禾卩Pbc ， 以及A，，計(jì)算同步電壓的相{立偏移A^。 、 A^。a 、 A^te:
根據(jù)& △^=-19.82、 A隊(duì).=0.68c; At =19.40°;
根據(jù)直流控制系統(tǒng)的觸發(fā)角指令a。，如"。=8.71'，計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角
l和^
2
16& =10.70°;
計(jì)算實(shí)際觸發(fā)角ct^、 《&和CU: =28.53°;
" 7 = o°;
5. t^據(jù)換流器直流側(cè)電流的采樣值，通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算換流器直流側(cè)電 流的零階動(dòng)態(tài)相量〈"。，如〈"。=3.01";
6. 根據(jù)換流變壓器等值至閥側(cè)的漏電抗《(《=7。91歐姆)、實(shí)際觸發(fā)角《^和 l化〉,l計(jì)算換相角
= COS
/i&c = COS
/1
-"。,21.59°
乂 廣
仏
一一i
= cos
COS 一
/1
,c =25.81°
一《 =35.17°.
乂
7.根據(jù)由步驟4所得的延遲導(dǎo)通角和實(shí)際觸發(fā)角，以及由步驟6所得的換相角， 計(jì)算a、 6和c相電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量〈、〉g、 "^和〈^〉9，以及"、6
和c相電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量〈s,二、 "^和化A，分別以其中的負(fù)一階
動(dòng)態(tài)相量為例
〈A〉—t =0.0699+乂0.5469
〈^〉—！ =-0.0524-/0.0279
〈 〉—,=。
〈s(〉 , 0.0524+_/0.0279 〈s—〉—,-0.il 39—，0481
〈、丄=,5+/0'1455
=-0.1525 -乂0.0757 =0,0588 -j'0,1173 =0'0937 +，1930
則<formula>formula see original document page 18</formula>計(jì)算正序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量W、，負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài) 相量〈《》，正序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量〈^》，負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng) 態(tài)相量(s丄，分別以其中的負(fù)一階動(dòng)態(tài)相量為例，式中"=一^3:
<formula>formula see original document page 18</formula>8.通過(guò)離散傅立葉變換，由交流電壓的采樣值計(jì)算換流器交流側(cè)三相電壓正序 分量的階動(dòng)態(tài)相量〈"+〉和換流器交流側(cè)三相電壓負(fù)序分量的階動(dòng)態(tài)
相量"」，以一階動(dòng)態(tài)相量為例，即p二O,《=-1:
pi
35.40 23.57. -9.88 + 乂42.81
和〈<
計(jì)算與本數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)的換流器直流側(cè)電
9.根據(jù) +
壓的p階動(dòng)態(tài)相量"〉p，以零階動(dòng)態(tài)相量為例〈"rf〉。=387.17W;
通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算直流電流的采樣值計(jì)算換流器直流側(cè)電流的 a-《)階動(dòng)態(tài)相量化〉^，并由fc〉h、 〈<\和〈《\計(jì)算換流器交流側(cè)電流正序
分量的A階動(dòng)態(tài)相量化〉和換流器交流側(cè)電流負(fù)序分量的A階動(dòng)態(tài)相量〈r〉，分
別以一階動(dòng)態(tài)相量為例，即&=1, g = -1: 〈/+〉 =-0.28-j'l-60
〈/ —〉 =-0.026 +
1 3
+ I
18IO.沿時(shí)間軸方向平移數(shù)據(jù)窗M，并以『2表示平移后的數(shù)據(jù)窗。取得『2中的
換流器交流側(cè)"、6和C相電壓和直流側(cè)電流的采樣值并重復(fù)步驟1至步驟9， 可得與『2對(duì)應(yīng)的〈 〉p、 d和〈「k。隨著數(shù)據(jù)窗的不斷平移，由各數(shù)據(jù)窗對(duì)應(yīng)
的〈^〉p、《l和〈z—L，即可得到其隨時(shí)間的變化曲線，如附圖2和附圖3(")、附 圖3(6)、附圖3(c)所示。
以整流側(cè)換流母線發(fā)生單相金屬性故障為例，將本發(fā)明應(yīng)用于基于南方電
網(wǎng)貴廣二回高壓直流輸電系統(tǒng)詳細(xì)模型(HVDC)的交直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性計(jì)算， 并分別與應(yīng)用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件和現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量得到的 仿真結(jié)果相比較，圖2是分別應(yīng)用本發(fā)明所述直流系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量模型 和現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量模型，以及應(yīng)用PSCAD/EMTDC仿真軟件，計(jì)算直流側(cè) 電壓零階動(dòng)態(tài)相量的比較示意圖；圖3(力是分別采用上述三種方式計(jì)算交流側(cè)" 相電流一階動(dòng)態(tài)相量的比較示意圖；圖3(6)是分別采用圖2的三種方式計(jì)算換流 器交流側(cè)電流正序分量的一階動(dòng)態(tài)相量比較示意圖；圖3(c)是分別采用圖2的三 種方式計(jì)算換流器交流側(cè)電流負(fù)序分量的一階動(dòng)態(tài)相量比較示意圖。
由于在PSCAD/EMTDC仿真軟件中，換流器采用詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型，能 實(shí)時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)變化，其計(jì)算結(jié)果的正確性得到業(yè)內(nèi)的公認(rèn)，因此其它所提出 的簡(jiǎn)化模型均通過(guò)與之對(duì)比來(lái)檢測(cè)準(zhǔn)確性。
在圖2和圖3(力、圖3(6)、圖3(c)中，曲線1為應(yīng)用本發(fā)明高壓直流輸電系 統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量模型計(jì)算的結(jié)果，曲線2為應(yīng)用現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量模型 計(jì)算的結(jié)果，曲線3為應(yīng)用PSCAD/EMTDC仿真軟件計(jì)算的結(jié)果。對(duì)比結(jié)果可 知，與現(xiàn)有換流器動(dòng)態(tài)相量模型相比，應(yīng)用本發(fā)明所得到的計(jì)算結(jié)果更接近于 詳細(xì)模型，大幅提高了計(jì)算精度。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí) 施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、 替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法，其特征在于具體包括以下步驟(1)數(shù)據(jù)處理根據(jù)已知的換流器交流側(cè)相電壓的采樣值，計(jì)算相應(yīng)的線電壓，并利用現(xiàn)有的離散傅立葉變換，分別計(jì)算相電壓和線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量；(2)計(jì)算同步電壓相位的偏移將三個(gè)線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量轉(zhuǎn)換為α分量和β分量，并分別根據(jù)α分量和β分量的幅值和相位，計(jì)算直流控制系統(tǒng)同步電壓的相位 id="icf0001" file="A2009100402410002C1.tif" wi="8" he="3" top= "83" left = "52" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>由三個(gè)線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量的相位，以及計(jì)算得到的 id="icf0002" file="A2009100402410002C2.tif" wi="8" he="3" top= "83" left = "177" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>分別計(jì)算同步電壓相位的偏移 id="icf0003" file="A2009100402410002C3.tif" wi="21" he="4" top= "89" left = "85" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和 id="icf0004" file="A2009100402410002C4.tif" wi="9" he="4" top= "89" left = "114" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>其中下標(biāo)ab、bc和ca分別表示上述角度偏移以ab、bc和ca線電壓一階動(dòng)態(tài)相量的相位為基準(zhǔn)；(3)計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角和實(shí)際觸發(fā)角比較已知的直流控制系統(tǒng)給出的觸發(fā)角指令值和步驟(2)中所計(jì)算得到的同步電壓相位偏移的大小，計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角θab、θbc和θca，以及實(shí)際觸發(fā)角αab、αbc和αca，其中下標(biāo)ab、bc和ca分別表示上述角度對(duì)應(yīng)于ab、bc和ca兩相換相；(4)計(jì)算換相角根據(jù)已知的換流器直流側(cè)電流的采樣值，通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算其零階動(dòng)態(tài)相量；根據(jù)步驟(1)中所計(jì)算得到的線電壓的一階動(dòng)態(tài)相量和由步驟(3)所得到實(shí)際觸發(fā)角，以及已知的換流變壓器等值至閥側(cè)的漏電抗Xr，計(jì)算ab、bc和ca兩相換相時(shí)的換相角μab、μbc和μca；(5)計(jì)算開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量由步驟(3)和步驟(4)計(jì)算得到的延遲導(dǎo)通角、實(shí)際觸發(fā)角和換相角，分別計(jì)算三相電壓和三相電流開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量，并由此分別計(jì)算正序和負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量以及正序和負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量，其中q為任意非零整數(shù)；(6)計(jì)算換流器交流側(cè)電壓的正序和負(fù)序分量根據(jù)已知的換流器交流側(cè)三相電壓的采樣值，通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算其(p-q)階動(dòng)態(tài)相量，其中p為任意整數(shù)，q為任意非零整數(shù)且q≠p；根據(jù)計(jì)算所得的交流側(cè)三相電壓的(p-q)階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算其正序和負(fù)序分量；(7)構(gòu)造換流器的動(dòng)態(tài)相量模型根據(jù)已知的換流器直流側(cè)電流的采樣值，通過(guò)離散傅立葉變換，計(jì)算換流器直流側(cè)電流的(k-q)階動(dòng)態(tài)相量，其中k為任意整數(shù)且q≠k；根據(jù)步驟(5)計(jì)算所得的正序和負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量，以及換流器交流側(cè)三相電壓正序和負(fù)序分量的(p-q)階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算換流器直流側(cè)電壓的p階動(dòng)態(tài)相量；根據(jù)步驟(5)計(jì)算所得的正序和負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的q階動(dòng)態(tài)相量，以及換流器直流側(cè)電流(k-q)階動(dòng)態(tài)相量，計(jì)算換流器交流側(cè)電流正序和負(fù)序分量的k階動(dòng)態(tài)相量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法，其特征在于所述離散傅立葉變換，具體是指 對(duì)于 〃 點(diǎn)離散序列M吼有，〈X》=i>—^ W一 一 /-1式中，e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，/為虛數(shù)單位，iV表示采樣點(diǎn)數(shù)，其中b"w， 〈A表示x的A:階動(dòng)態(tài)相量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方 法，其特征在于所述步驟(1)數(shù)據(jù)處理，具體是指通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算換流器交流側(cè)a、 6、 c三相電壓的一階動(dòng)態(tài)相量 〈"。>,、〈"A、 〈&X，其中下標(biāo)'T，表示一階，并由下式計(jì)算換流母線相間電壓的一 階動(dòng)態(tài)相量〈"?！?=〈"》,-〈"。〉,〈"4〈O,=〈"》「〈"》，為換流母線c"相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量、〈"。^為換流母線"6相間電壓 的一階動(dòng)態(tài)相量、〈^X為換流母線&相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法，其特征在于所述步驟(2)計(jì)算同步電壓相位的偏移，具體是指設(shè)《zL/。ZA和[^-^Z^分別表示換相電壓的《分量和y5分量，可由下式計(jì)算出—2—1 -1/2-1/2—i0 7^/2-#利用換相電壓的《分量^。 =^2化和換相電壓的yS分量^ ^f/,Z"，由下列公式計(jì)算直流控制系統(tǒng)同步電壓的相位^": 「 t/a si，"十"p sin^ 、 、t7ff sm ^ " — 〃^ sm w〃 乂式中，f/。和^分別為換相電壓的cc分量和"分量的幅值；^和^分別為換相電壓的《分量和"分量的相位；設(shè)公式中下標(biāo)/朋::"6、 &'、 "、 6、 C分別表示三相中的-相；根據(jù)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)〈、丄的相位&。、 〈"。A的相位爐。6、 〈"Ji的 相位9^，分別計(jì)算同步電壓的相位偏移A%。、 A&6、 A外c:<formula>formula see original document page 4</formula>其中A&。為ca相間同步電壓的相位偏移，A^w為ab相間同步電壓的相位 偏移，A^為bc相間同步電壓的相位偏移。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方 法，其特征在于所述步驟(3)計(jì)算換流閥延遲導(dǎo)通角和實(shí)際觸發(fā)角，具體是 指根據(jù)直流控制系統(tǒng)的觸發(fā)角指令《。，計(jì)算兩相換相時(shí)換流閥延遲導(dǎo)通角 和實(shí)際觸發(fā)角<formula>formula see original document page 4</formula>上式中，各個(gè)角度均以滯后為正，超前為負(fù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方 法，其特征在于所述步驟(4)計(jì)算換相角，具體是指設(shè)為,""兩相換相時(shí)的換相角，通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算換流器直流側(cè) 電流的零階動(dòng)態(tài)相量〈/,〉。，其中下標(biāo)"0"表示零階，并根據(jù)換流變壓器等值至閥 側(cè)的漏電抗《、實(shí)際觸發(fā)角 和換流母線相間電壓一階動(dòng)態(tài)相量幅值|〈~ 〉'|，代入以下公式計(jì)算/V":<formula>formula see original document page 4</formula>
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法，其特征在于所述歩驟(5)計(jì)算開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，具體是指5.]由下式公式計(jì)算得到丌關(guān)函數(shù)基本分量的《階動(dòng)態(tài)相量"^和開關(guān)函數(shù)修正分量的《階動(dòng)態(tài)相量〈^,〉"、〈、丄、〈<<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 5</formula>其中，《為任意非零整數(shù)；e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)；/為虛數(shù)單位; 5. 2由下列公式計(jì)算電壓開關(guān)函數(shù)換相分量的《階動(dòng)態(tài)相量^，、 >和電流開關(guān)函數(shù)換相分量的《階動(dòng)態(tài)相量^<formula>formula see original document page 5</formula>式中，1〈"^l為〈"4的幅值，ct則為實(shí)際觸發(fā)角；5.3計(jì)算三相電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量化入、<^>《、〈& 和三相電 流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量〈&、、 〈&、、<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 0</formula>
8、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方 法，其特征在于所述步驟(6)計(jì)算換流器交流側(cè)電壓的的正序和負(fù)序分量， 具體是指-通過(guò)公式計(jì)算換流器交流側(cè)三相電壓正序分量的階動(dòng)態(tài)相量〈"+U口 換流器交流側(cè)三相電壓負(fù)序分量的(/7-《)階動(dòng)態(tài)相量〈":〉—其中，p為任意非零整數(shù)，9為任意非零整數(shù)且《^A 〈"?！祑 、k〉M和〈"。〉^分別為換流母線"、6、 C三相電壓的(,《)階動(dòng)態(tài)相量，可由離散傅立葉變換計(jì)算 得到。
9、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方 法，其特征在于所述步驟(7)構(gòu)造換流器的動(dòng)態(tài)相量模型，具體是指，由下 式建立適用于各種運(yùn)行工況和不對(duì)稱情況下的換流器動(dòng)態(tài)相量模型式中，〈/^為換流器交流側(cè)電流正序分量的/t階動(dòng)態(tài)相量、〈r》為換流器交流側(cè)電流負(fù)序分量的/t階動(dòng)態(tài)相量；〈^〉p為換流器直流側(cè)電壓的/7階動(dòng)態(tài)相量； 〈s,+》為正序電流開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相量，〈《》為負(fù)序電流開關(guān)函數(shù)的？階動(dòng)態(tài) 相量、〈s,:》為正序電壓開關(guān)函數(shù)的g階動(dòng)態(tài)相量、〈《》為負(fù)序電壓開關(guān)函數(shù)的《階動(dòng)態(tài)相4， 〈/》h是通過(guò)離散傅立葉變換計(jì)算得到的4流器直流側(cè)電流的a、》 階動(dòng)態(tài)相量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于各種運(yùn)行工況和故障情況下高壓直流輸電系統(tǒng)換流器的動(dòng)態(tài)相量建模方法。根據(jù)換流母線相間電壓的一階動(dòng)態(tài)相量和直流電流零階動(dòng)態(tài)相量，以及直流控制系統(tǒng)的觸發(fā)角指令，計(jì)算換流器中各換流閥的實(shí)際觸發(fā)角、換相角和換流閥延遲導(dǎo)通角；根據(jù)實(shí)際觸發(fā)角、換相角和換流閥延遲導(dǎo)通角來(lái)計(jì)算三相電壓開關(guān)函數(shù)和三相電流開關(guān)函數(shù)；由上述三相電壓開關(guān)函數(shù)和三相電流開關(guān)函數(shù)建立換流器的動(dòng)態(tài)相量模型。該方法可實(shí)現(xiàn)交流各種運(yùn)行工況和故障情況下?lián)Q流器動(dòng)態(tài)相量模型的建立，降低了計(jì)算量，其精度能滿足工程應(yīng)用所需，可應(yīng)用于各種正常運(yùn)行工況和故障下交直流混聯(lián)系統(tǒng)中交流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的仿真分析。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101577422SQ20091004024
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者朱革蘭, 李志鏗, 李海鋒, 鋼 王 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)