特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，將輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路、逆變側(cè)電路和直流輸電線路進(jìn)行等效，并得到各個(gè)部分的狀態(tài)微分方程，通過(guò)各個(gè)部分的等效電路和狀態(tài)微分方程，構(gòu)建整個(gè)特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的等效電路和狀態(tài)微分方程，從而實(shí)現(xiàn)特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模。本發(fā)明將狀態(tài)方程線性化建模及頻域法特征分析相結(jié)合，能夠建立出準(zhǔn)確而高效的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)推導(dǎo)換流裝置的開關(guān)函數(shù)，使描述不同運(yùn)行方式下的輸電系統(tǒng)時(shí)，更具有普適性。
【專利說(shuō)明】
特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于交直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建 模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源越發(fā)匱乏和寶貴，電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)受到走廊資源、 站址資源的制約越發(fā)明顯。因此，電力系統(tǒng)在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著主要地位。而高壓直 流輸電作為目前電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的一種最為全面而且復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，弓丨 起了廣泛的關(guān)注。特高壓直流不僅輸送容量大、損耗小、送電距離遠(yuǎn)，而且可以節(jié)約寶貴的 輸電走廊資源，提高輸電通道走廊的利用率。特別是對(duì)于受端電網(wǎng)，換流站站址、接地極與 接地線線路走廊的選擇非常困難，特高壓直流輸電技術(shù)不僅降低了工程實(shí)施的難度，而且 更重要的是符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。因此特高壓直流輸電技術(shù)是我國(guó)電力跨區(qū)域大 規(guī)模輸送的必然選擇。
[0003] 兩端特高壓直流輸電系統(tǒng)主要的工作原理就是通過(guò)輸送端的整流器將交流電轉(zhuǎn) 變?yōu)樘馗邏褐绷麟姾螅瑢⒅绷麟娸斔偷浇邮芏说哪孀兤鳎俳?jīng)由受端整流器將直流電轉(zhuǎn)變 為交流電送入受端交流系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)逆變端采用分層接入方式時(shí)，可以根據(jù)用戶端或者受 端的交流系統(tǒng)的不同需求，形成不同電壓等級(jí)的輸電，完成合理的功率分配。一般特高壓直 流輸電系統(tǒng)主要是由交直流網(wǎng)絡(luò)、換流變壓器、換流器(整流器和逆變器）、交直流濾波器、 無(wú)功補(bǔ)償裝置、直流輸電線路組成。其中換流器主要功能是使交流-直流和直流-交流，分別 稱為整流器和逆變器。由于變壓器閥側(cè)不接地，通常會(huì)將換流器的正端或者負(fù)端接地。直流 輸電工程中主要采用的6脈波或12脈波的換流器。平波電抗器主要功能是用來(lái)降低直流輸 電線路上的諧波電壓和電流；當(dāng)直流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，可以使得短路期間的幅值 電流不至于太高;防止逆變器換相失敗。諧波濾波器裝在換流器兩側(cè)。因?yàn)樵趽Q流器交流和 直流兩側(cè)均會(huì)產(chǎn)生諧波，而這些諧波會(huì)使得附近電機(jī)以及電容過(guò)熱，影響到遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)。 由于換流器在運(yùn)行時(shí)需要大量的無(wú)功功率，所以必須在換流器附近提供無(wú)功功率補(bǔ)償裝 置。常用的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置有靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、同步調(diào)相機(jī)以及靜止同步補(bǔ)償器 (STATC0M)等裝置。直流輸電線可以是電纜，也可以是架空線。直流輸電線與交流輸電線相 比，只在間距和導(dǎo)體數(shù)方面要求差異，其余方面二者很相似。
[0004] 特高壓直流輸電系統(tǒng)的建模實(shí)質(zhì)上就是基于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)公式的推導(dǎo)和 各個(gè)模塊等值電路的連接最后所搭建的數(shù)學(xué)模型。一直以來(lái)，諸多建模方法嘗試和仿真技 術(shù)探究已經(jīng)被一次次的嘗試加入到高壓直流輸電系統(tǒng)中去，進(jìn)行運(yùn)行觀察。隨著特高壓直 流工程的建設(shè)，我國(guó)華東電網(wǎng)和南方電網(wǎng)出現(xiàn)了多饋入交直流系統(tǒng)，但多饋入直流系統(tǒng)存 在對(duì)所接受端電網(wǎng)電壓支撐能力要求較高，不能根據(jù)需求引導(dǎo)功率合理分配等問(wèn)題。與多 饋入直流輸電方式相比，特高壓直流分層接入方式即逆變側(cè)分別接入1000kV和500kV電壓 等級(jí)電網(wǎng)，具有工程造價(jià)低、提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等特點(diǎn)；提升受端電網(wǎng)電壓支撐能力； 通過(guò)引導(dǎo)輸送的直流功率在不同受端回路進(jìn)行合理分配，能夠充分發(fā)揮兩級(jí)電網(wǎng)的輸電能 力等優(yōu)點(diǎn)。特高壓直流接入方式作為一種創(chuàng)新型的接入方式，目前國(guó)內(nèi)外尚沒有實(shí)例，因此 需對(duì)這種接入方式進(jìn)行研究。鑒于系統(tǒng)建模是進(jìn)行研究的基礎(chǔ)，從而建立出準(zhǔn)確而高效的 簡(jiǎn)單特高壓分層接入的直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其特性分析的重要性變得尤為突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供特高壓直流分層接入輸 電系統(tǒng)的建模方法，對(duì)特高壓分層接入方式下的直流輸電系統(tǒng)建立出準(zhǔn)確而高效的數(shù)學(xué)模 型，在描述不同運(yùn)行方式下的輸電系統(tǒng)時(shí)，更具有普遍性。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，所述輸電系統(tǒng)包括依次連接的整流側(cè) 電路、直流輸電線路和逆變側(cè)電路，所述逆變側(cè)電路分別接入兩條不同電壓等級(jí)電網(wǎng)，包括 以下步驟：
[0008] (1)將所述整流側(cè)電路等效為一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，該一端口網(wǎng)絡(luò)包括整流側(cè)等效電 勢(shì)源E el、整流側(cè)等效電感Lel和整流側(cè)等效電阻Rel，所述整流側(cè)等效電阻1^的一端作為該一 端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端，整流側(cè)等效電阻R el的另一端經(jīng)整流側(cè)等效電感Lel與整流側(cè)等 效電勢(shì)源Eel的正極相連，整流側(cè)等效電勢(shì)源負(fù)極作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端； 根據(jù)輸電系統(tǒng)進(jìn)行整流時(shí)的各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)計(jì)算開關(guān)函數(shù)，根據(jù)開關(guān)函數(shù)和各個(gè)晶 閘管的導(dǎo)通狀態(tài)構(gòu)建整流側(cè)等效電勢(shì)源E el、整流側(cè)等效電感1^和整流側(cè)等效電阻Rel的狀 態(tài)方程；
[0009] (2)將所述直流輸電線路等效成一個(gè)π形二端口網(wǎng)絡(luò)，該π形二端口網(wǎng)絡(luò)包括直流 線路等效電阻Rl、直流線路等效電感U、輸入端LC濾波器等效電容心、輸入端LC濾波器等效 電感U、輸出端LC濾波器等效電容(： 2和輸出端LC濾波器等效電感L2，且1^ = L2，& = C2，π形二 端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次串聯(lián)的直流線路等效電感U、直流線路等效電阻Rl與π形二 端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端相連，η形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端直接與η形二端口網(wǎng)絡(luò)的電 壓輸出負(fù)端相連3形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次連接的輸入端LC濾波器等效電感 U、輸入端LC濾波器等效電容&與31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，π形二端口網(wǎng)絡(luò)的電 壓輸出正端經(jīng)依次連接輸出端LC濾波器等效電感L 2、輸出端LC濾波器等效電容&與3!形二端 口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端相連；
[0010] (3)將所述逆變側(cè)電路等效為一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，該一端口網(wǎng)絡(luò)包括逆變側(cè)等效電 勢(shì)源E e、逆變側(cè)等效電感U和逆變側(cè)等效電阻Re，所述逆變側(cè)等效電阻的一端作為該一端 口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端，逆變側(cè)等效電阻的另一端經(jīng)逆變側(cè)等效電感U與逆變側(cè)等效電 勢(shì)源E e的負(fù)極相連，逆變側(cè)等效電勢(shì)源Ee的正極作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端;根據(jù)輸 電系統(tǒng)進(jìn)行逆變時(shí)的各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)計(jì)算開關(guān)函數(shù)，根據(jù)開關(guān)函數(shù)和各個(gè)晶閘管的 導(dǎo)通狀態(tài)構(gòu)建逆變側(cè)等效電勢(shì)源Ee、逆變側(cè)等效電感Le和逆變側(cè)等效電阻Re的狀態(tài)方程；
[0011] (4)將步驟（1)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端與步驟(2)得到的31形二端口網(wǎng) 絡(luò)的電壓輸入正端相連，將步驟（1)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端與步驟(2)得到的31 形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，將步驟(2)得到的31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端與步 驟(3)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端相連，將步驟(2)得到的31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸 出負(fù)端與步驟(3)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，從而得到整個(gè)特高壓直流分層 接入輸電系統(tǒng)的等效電路；
[0012] (5)根據(jù)步驟(4)得到的整個(gè)輸電系統(tǒng)的等效電路，構(gòu)建整個(gè)輸電系統(tǒng)的狀態(tài)微分 方程：
[0018] 上式中，Vcl，Vc2分別表不直流輸電線路的輸入端電壓和輸出端電壓，Idl，Id2分別表 示直流輸電線路輸入端電流和輸出端電流，II為直流輸電線路上的電流；
[0019] (6)對(duì)步驟(4)-(5)構(gòu)建的特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的模型進(jìn)行仿真，得到直 流輸電線路上的電壓波形，分析模型的運(yùn)行特性。
[0020] 進(jìn)一步地，所述特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路采用一組6脈沖換流 器，由于輸電系統(tǒng)的逆變側(cè)電路采用分層接入方式，所以逆變側(cè)電路采用兩組串聯(lián)的6脈沖 換流器，這兩組串聯(lián)的6脈沖換流器分別接往不同電壓等級(jí)的母線上，所述6脈沖換流器為 三相橋式全控電路。
[0021] 進(jìn)一步地，在步驟（1)中，整流側(cè)等效電勢(shì)源Eel、整流側(cè)等效電感1^和整流側(cè)等效 電阻Κι的狀態(tài)方程如下式所示：
[0025] 上式中，RT、LT分別為整流側(cè)變壓器每相的電阻和電感，為系統(tǒng)進(jìn)行整流時(shí) 的三相等值電勢(shì)，所述整流側(cè)的6脈沖換流器包括Qi、Q 2、Q3、Q4、Q5、Q6六個(gè)晶閘管，其中&與 〇4、〇3與〇6、〇5與〇2分別構(gòu)成與￥1、￥2、￥3對(duì)應(yīng)的三相橋臂，〇1、〇3、〇5分別為三相橋臂的上橋臂， Q4、Q6、Q2分比為三相橋臂的下橋臂，1(1、1(2、1( 3、1(4、1(5、1(6分別對(duì)應(yīng)為〇1、〇2、〇 3、〇4、〇5、〇6的通斷 狀態(tài)變量，各個(gè)晶閘管的通斷狀態(tài)變量為1時(shí)，表示該晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，通斷狀態(tài)變量 為0時(shí)，表示該晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)函數(shù)K= (1-KA4) (1-κ2κ5) (1-K3K6) (1-K7)，K7為系 統(tǒng)狀態(tài)變量，Κ7為0時(shí)，表示系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，Κ7為1時(shí)，表示系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)。
[0026] 進(jìn)一步地，在步驟（3 )中，Re = Re2+Re3，Le = Le2+Le3，Ee = Ee2+Ee3，其中，Re j、Le j、Ee j，j =2,3,分別為逆變側(cè)電路中兩組6脈沖換流器的等效電阻、等效電感、等效電勢(shì)源，Rg、!^、 Eej的狀態(tài)方程如下：
[0030] 上式中，R/、L/分別為逆變側(cè)某一組6脈沖換流器連接的變壓器的電阻和電感， V/、V/、V/為逆變側(cè)某一組6脈沖換流器進(jìn)行逆變時(shí)的三相等值電勢(shì)，所述逆變側(cè)的兩組6 脈沖換流器均包括Q/、(^、(^、QZ、(^、(^六個(gè)晶閘管，其中Q/與QZ、(^與Q6'、(^與Q2' 分別構(gòu)成與Vi、V2、V3對(duì)應(yīng)的三相橋臂，Q/、(^、(^分別為三相橋臂的上橋臂，QZ、(^、(^分 比為三相橋臂的下橋臂，^^心分別對(duì)應(yīng)為^^^/^/七^(guò)^^^勺通斷狀態(tài) 變量;開關(guān)函數(shù)f =(1-1(/Κ，Κ?-Κ/Κ^ Kl-K/Kf/ )(1-1^夂以為系統(tǒng)狀態(tài)變量。
[0031] 進(jìn)一步地，對(duì)輸電系統(tǒng)的整流電路采用定電流控制方法，對(duì)輸電系統(tǒng)的逆變電路 采用定熄弧角控制方法。
[0032] 采用上述技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果：
[0033] (1)本發(fā)明在系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)每個(gè)模塊推導(dǎo)出 等效電路和狀態(tài)方程，考慮了換流裝置的換相過(guò)程，使抽象出的基于換流器開關(guān)函數(shù)的整 個(gè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型更具有普遍性和高效性；
[0034] (2)本發(fā)明采用狀態(tài)方程線性化建模及頻域法特征分析相結(jié)合，是公認(rèn)的最適合 電力系統(tǒng)低頻振蕩、小干擾暫態(tài)穩(wěn)定分析所采用的方法，使得建立的系統(tǒng)模型準(zhǔn)確性更高， 在實(shí)際工程應(yīng)用中能夠趨于廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明中直流輸電線路的等效電路圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明中整流側(cè)電路的等效電路圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明中逆變側(cè)電路的等效電路圖；
[0039]圖5是本發(fā)明中逆變側(cè)電路等效電路的簡(jiǎn)化電路圖；
[0040]圖6是本發(fā)明中整個(gè)特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的等效電路圖；
[0041 ]圖7是本發(fā)明中整流端定電流控制示意圖；
[0042] 圖8是本發(fā)明中逆變端定熄弧角控制示意圖；
[0043] 圖9是本發(fā)明構(gòu)建的模型的仿真電壓響應(yīng)波形圖；
[0044] 圖10是標(biāo)準(zhǔn)GIGRE系統(tǒng)進(jìn)行匹配仿真時(shí)的電壓響應(yīng)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0046]本發(fā)明提出了一種針對(duì)特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，該輸電系統(tǒng)包 括依次連接的整流側(cè)電路、直流輸電線路和逆變側(cè)電路，逆變側(cè)電路分別接入兩條不同電 壓等級(jí)電網(wǎng)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0047] 在本實(shí)施例中，特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路采用一組6脈沖換流 器，由于輸電系統(tǒng)的逆變側(cè)電路采用分層接入方式，所以逆變側(cè)電路采用兩組串聯(lián)的6脈沖 換流器，這兩組串聯(lián)的6脈沖換流器分別接往不同電壓等級(jí)的母線上。
[0048] 如圖2所示，將輸電系統(tǒng)中的直流輸電線路等效成一個(gè)π形二端口網(wǎng)絡(luò)，該π形二端 口網(wǎng)絡(luò)包括直流線路等效電阻Rl、直流線路等效電感U、輸入端LC濾波器等效電容&、輸入 端LC濾波器等效電感1^、輸出端LC濾波器等效電容(： 2和輸出端LC濾波器等效電感1^，且1^ = = 形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次串聯(lián)的直流線路等效電感U、直流線路等 效電阻Rl與η形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端相連3形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端直接與η 形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端相連，31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次連接的輸入端 LC濾波器等效電感1^、輸入端LC濾波器等效電容&與3!形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，31 形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端經(jīng)依次連接輸出端LC濾波器等效電感L 2、輸出端LC濾波器等 效電容&與31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端相連。
[0049] 如圖3所示，將輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路等效為一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，該一端口網(wǎng)絡(luò)包括 整流側(cè)等效電勢(shì)源Eel、整流側(cè)等效電感L el和整流側(cè)等效電阻Rel，所述整流側(cè)等效電阻1^的 一端作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端，整流側(cè)等效電阻R el的另一端經(jīng)整流側(cè)等效電感 Lel與整流側(cè)等效電勢(shì)源Eel的正極相連，整流側(cè)等效電勢(shì)源Eel的負(fù)極作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的 電壓輸出負(fù)端;根據(jù)輸電系統(tǒng)進(jìn)行整流時(shí)的各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)計(jì)算開關(guān)函數(shù)，根據(jù)開 關(guān)函數(shù)和各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)構(gòu)建整流側(cè)等效電勢(shì)源E el、整流側(cè)等效電感UdP整流側(cè) 等效電阻Κι的微分方程。
[0050] 換相過(guò)程(此處指整流過(guò)程）的實(shí)質(zhì)可以理解為是短時(shí)間內(nèi)的交流系統(tǒng)中的兩相 之間相互短路的過(guò)程，換相是依靠交流系統(tǒng)的等值電壓源所提供的短路電流進(jìn)行的。當(dāng)換 相角μ〈60°時(shí)，整個(gè)換流器閥的導(dǎo)通過(guò)程應(yīng)該考慮到換相的過(guò)程，換言之，6個(gè)晶閘管（下文 以Q1~Q6指代)一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)有12種，但顯然大的類別上可以分為兩大類:一種是 2個(gè)晶閘管閥導(dǎo)通的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，還有一種是3個(gè)晶閘管閥同時(shí)導(dǎo)通的換相運(yùn)行過(guò)程。
[0051] 假定時(shí)刻是晶閘管Q1、Q2導(dǎo)通的高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，則此時(shí)應(yīng)該是心 = K2=1，其他晶閘管的布爾變量都為初值0,且三相電壓源中應(yīng)該是Vl，V2相電壓參與運(yùn)行 的，整流器直流側(cè)的整流輸出電壓應(yīng)該為E el = Vi-Vs，此時(shí)系統(tǒng)回路中變壓器電阻和電感應(yīng) 該分別為Rei = 2RT，Lel = 2LT。直流線路中流通的電流I i = IL，是穩(wěn)定的直流電。
[0052]當(dāng)?shù)竭_(dá)城寸間時(shí)，三相交流電中V2彡Vi，即換相開始的那一刻，晶閘管Q1、Q2、Q3同 時(shí)導(dǎo)通的情形。由于實(shí)際的裝置中，存在電感這一電力電子元器件，所以電路中的電壓能夠 瞬時(shí)變化，但是電流不能，因此換相過(guò)程出現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)就是Ιι由II減為0，1 3由0增減為II這一 變化過(guò)程。當(dāng)h變?yōu)?的那一刻，由于晶閘管閥1承受了反向的電壓而立即關(guān)斷。此時(shí)，布爾 變量變?yōu)樾?K 2 = K3 = 1，其余的布爾變量的值為0。其中求解換相電流i μ1的公式可以表示 為：
[0054] 上式中，νμΚ表示對(duì)應(yīng)晶閘管閥的換相電壓。此時(shí)即將關(guān)斷Q1上的電流應(yīng)為I^Il-13,即將導(dǎo)通的Q3上的電流應(yīng)該為Ι 3 = Ιμ1，其導(dǎo)通電流值應(yīng)該是逐漸增大到穩(wěn)定值IL。整個(gè) 換流器橋的直流側(cè)的整流電壓為
，換流變壓器的電阻和電感分別為
[0055] 當(dāng)換相過(guò)程結(jié)束時(shí)，假設(shè)時(shí)間為t3，則整流器直流側(cè)的電流穩(wěn)定在了Q3上，IL = 13， 此時(shí)導(dǎo)通的應(yīng)該是Q2和Q3,即布爾變量應(yīng)該改變?yōu)镵2 = K3 = 1，其余的數(shù)值為0。此時(shí)又變?yōu)?與上面Q1和Q2穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)一樣，只不過(guò)相應(yīng)的整流器直流側(cè)的電壓應(yīng)該變?yōu)镋el" = V2-V3,而換流變壓器在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電阻和電感還是分別為1^"=2辦，1^"=21^。然后繼續(xù) 兩個(gè)晶閘管閥導(dǎo)通狀態(tài)下簡(jiǎn)單交直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
[0056] 換流裝置中的6脈沖換流閥的運(yùn)行狀態(tài)都相似于上述所展示的運(yùn)行特性，所以6脈 沖換流器的整個(gè)循環(huán)過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的變化關(guān)系可歸納為下表所示：
[0057] 表 1
[0058]
[0059] 由上面的6脈沖換流器閥的等值電路和換相過(guò)程的電壓、阻抗各個(gè)相關(guān)參數(shù)的變 化規(guī)律，可以得出狀態(tài)方程：
[0063]逆變器端采用的是分層接入方式，采用的事兩組6脈動(dòng)換流器串聯(lián)的形式分別與 三繞組變壓器相連接往不同電壓等級(jí)母線上。其中，II為直流電流;Udl，Ud2分別回路1和2的 逆變側(cè)直流電壓;U d是整個(gè)逆變側(cè)直流電壓即為Udl，Ud2之和，U2為不同電壓等級(jí)1000KV/ 500KV逆變側(cè)交流母線線電壓有效值;h，T 2為變壓器變比，此處設(shè)為1; Zi，Z2為交流系統(tǒng)等 值阻抗;Z12為換流母線1和2之間等值聯(lián)系阻抗;I ac；1，Iac；2分別為分層接入方式下從直流換相 母線1000kV和500kV注入受端交流電網(wǎng)的交流電流。
[0064] Ee2和Ee3為受端交流網(wǎng)絡(luò)等效后的不同電壓等級(jí)上的恒壓源，簡(jiǎn)化后同樣可以通 過(guò)與上述整流器端相類似的過(guò)程進(jìn)行推導(dǎo)，得到如圖4所示逆變器端的等效電路圖，將圖4 簡(jiǎn)化后即得到圖 5，Re = Re2+Re3，Le = Le2+Le3，Ee = Ee2+Ee3，其中，Re j、Le j、Ee j，j = 2，3，分別為逆 變電路中兩組6脈沖換流器的等效電阻、等效電感、等效電勢(shì)源，Re j、Lej、Eej的狀態(tài)方程如 下：
[0068]如圖6所示，將整流側(cè)等效的一端口網(wǎng)絡(luò)、直流輸電線路等效的π形二端口網(wǎng)絡(luò)以 及逆變側(cè)等效的一端口網(wǎng)絡(luò)依次相連，從而得到整個(gè)特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的等效 電路。
[0069]構(gòu)建整個(gè)輸電系統(tǒng)的微分方程：
[0075] 上式中，Vci，VC2分別表不直流輸電線路的輸入端電壓和輸出端電壓，Idi，Id2分別表 示直流輸電線路輸入端電流和輸出端電流，II為直流輸電線路上的電流。
[0076] 在本實(shí)施例中，整流器端采用定電流控制，如圖7所示，逆變器端采用定熄弧角控 制，如圖8所示。其中Irec為整流側(cè)直流電流實(shí)測(cè)值，Id為直流指令值，α為輸出的整流器觸發(fā) 角指令。γ為逆變器熄弧角實(shí)測(cè)值，為△ γ電流偏差引起的熄弧角偏差值，為輸出的逆 變器超前觸發(fā)角指令?？刂企w現(xiàn)在整流側(cè)定電流控制中的pi環(huán)節(jié)的整定參數(shù)上，pi環(huán)節(jié)的 最大輸出限制和最小輸出限制。在維持逆變器安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，使熄弧角盡量的小，提高 換流器利用率，直流輸電系統(tǒng)的常見熄弧角為15°~18°。本發(fā)明中的直流逆變側(cè)熄弧角的 整定值為17°，其最大偏差限制為-34,轉(zhuǎn)為弧度值為-0.5934。
[0077] 最后，對(duì)構(gòu)建的特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的模型，進(jìn)行仿真，得到直流輸電線 路上的電壓波形，分析模型的運(yùn)行特性。在不計(jì)及損耗的情況下，系統(tǒng)容量5000MVA，直流電 壓800kV，換流母線1電壓為1000kV，換流母線2電壓為500kV，輸送到回路Pdl與Pd2的有功功 率均為2500MVA。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下，本模型各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本滿足工程額定需求，直流輸 電線路的電壓響應(yīng)波形如圖9所示，并與圖10所示的傳統(tǒng)CIGRE模型仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn) 證了模型的可運(yùn)行性和適用性。當(dāng)特高壓分層接入方式下直流輸電系統(tǒng)單極暫態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行 時(shí)，由圖9和圖10可以看出，基本控制方式下所搭建的系統(tǒng)模型仿真所運(yùn)行的結(jié)果都比較符 合實(shí)際，相應(yīng)的直流電壓響應(yīng)遵循實(shí)際的控制指令，輸電線路上的直流電壓和給定的參考 值是吻合的，測(cè)量值也在正常范圍。結(jié)果可信。
[0078]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，所述輸電系統(tǒng)包括依次連接的整流側(cè)電 路、直流輸電線路和逆變側(cè)電路，所述逆變側(cè)電路分別接入兩條不同電壓等級(jí)的電網(wǎng)，其特 征在于，包括以下步驟： (1) 將所述整流側(cè)電路等效為一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，該一端口網(wǎng)絡(luò)包括整流側(cè)等效電勢(shì)源 Eel、整流側(cè)等效電感Lel和整流側(cè)等效電阻Rel，所述整流側(cè)等效電阻R el的一端作為該一端口 網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端，整流側(cè)等效電阻Rel的另一端經(jīng)整流側(cè)等效電感1^與整流側(cè)等效電 勢(shì)源E el的正極相連，整流側(cè)等效電勢(shì)源負(fù)極作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端;根據(jù) 輸電系統(tǒng)進(jìn)行整流時(shí)的各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)計(jì)算開關(guān)函數(shù)，根據(jù)開關(guān)函數(shù)和各個(gè)晶閘管 的導(dǎo)通狀態(tài)構(gòu)建整流側(cè)等效電勢(shì)源E el、整流側(cè)等效電感1^和整流側(cè)等效電阻Re3l的狀態(tài)方 程； (2) 將所述直流輸電線路等效成一個(gè)31形二端口網(wǎng)絡(luò)，該31形二端口網(wǎng)絡(luò)包括直流線路 等效電阻Rl、直流線路等效電感U、輸入端LC濾波器等效電容心、輸入端LC濾波器等效電感 L1、輸出端LC濾波器等效電容&和輸出端LC濾波器等效電感L2，且1^ = L2，C1 = C2，π形二端口 網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次串聯(lián)的直流線路等效電感U、直流線路等效電阻Rl與π形二端口 網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端相連3形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端直接與η形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸 出負(fù)端相連3形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端經(jīng)依次連接的輸入端LC濾波器等效電感1^、輸 入端LC濾波器等效電容&與31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，π形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸 出正端經(jīng)依次連接輸出端LC濾波器等效電感L 2、輸出端LC濾波器等效電容(：2與3!形二端口網(wǎng) 絡(luò)的電壓輸出負(fù)端相連； (3) 將所述逆變側(cè)電路等效為一個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)，該一端口網(wǎng)絡(luò)包括逆變側(cè)等效電勢(shì)源 Ee、逆變側(cè)等效電感U和逆變側(cè)等效電阻Re3,所述逆變側(cè)等效電阻Re3的一端作為該一端口網(wǎng) 絡(luò)的電壓輸入負(fù)端，逆變側(cè)等效電阻R e的另一端經(jīng)逆變側(cè)等效電感U與逆變側(cè)等效電勢(shì)源 Ee的負(fù)極相連，逆變側(cè)等效電勢(shì)源Ee的正極作為該一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端;根據(jù)輸電系 統(tǒng)進(jìn)行逆變時(shí)的各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通狀態(tài)計(jì)算開關(guān)函數(shù)，根據(jù)開關(guān)函數(shù)和各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通 狀態(tài)構(gòu)建逆變側(cè)等效電勢(shì)源Ee、逆變側(cè)等效電感Le和逆變側(cè)等效電阻Re的狀態(tài)方程； (4) 將步驟（1)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端與步驟(2)得到的JT形二端口網(wǎng)絡(luò)的 電壓輸入正端相連，將步驟（1)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出負(fù)端與步驟(2)得到的31形二 端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，將步驟（2)得到的31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出正端與步驟 (3)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入正端相連，將步驟(2)得到的31形二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸出 負(fù)端與步驟(3)得到的一端口網(wǎng)絡(luò)的電壓輸入負(fù)端相連，從而得到整個(gè)特高壓直流分層接 入輸電系統(tǒng)的等效電路； (5) 根據(jù)步驟(4)得到的整個(gè)輸電系統(tǒng)的等效電路，構(gòu)建整個(gè)輸電系統(tǒng)的狀態(tài)微分方 程：上式中，Vcl，Vc2分別表不直流輸電線路的輸入端電壓和輸出端電壓，Idl，Id2分別表不直 流輸電線路輸入端電流和輸出端電流，Il為直流輸電線路上的電流； (6)對(duì)步驟(4)-(5)構(gòu)建的特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的模型進(jìn)行仿真，得到直流輸 電線路上的電壓波形，分析模型的運(yùn)行特性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，其特征在于:所述特 高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的整流側(cè)電路采用一組6脈沖換流器，由于輸電系統(tǒng)的逆變側(cè) 電路采用分層接入方式，所以逆變側(cè)電路采用兩組串聯(lián)的6脈沖換流器，這兩組串聯(lián)的6脈 沖換流器分別接往不同電壓等級(jí)的母線上，所述6脈沖換流器為三相橋式全控電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，其特征在于:在步驟 (1)中，整流側(cè)等效電勢(shì)源Ee3l、整流側(cè)等效電感U 1和整流側(cè)等效電阻Re3l的狀態(tài)方程如下式 所示：上式中，Rt、Lt分別為整流側(cè)變壓器每相的電阻和電感，V3為系統(tǒng)進(jìn)行整流時(shí)的三 相等值電勢(shì)，所述整流側(cè)的6脈沖換流器包括Q1、Q2、Q3、Q 4、Q5、Q6六個(gè)晶閘管，其中&與〇4、Q3 與Q6、Q5與Q2分別構(gòu)成與Vl、V2、V3對(duì)應(yīng)的三相橋臂，Ql、Q3、Q5分別為三相橋臂的上橋臂，Q4、Q6、 Q2分比為三相橋臂的下橋臂，1(1、1(2、1(3、1(4、1( 5、1(6分別對(duì)應(yīng)為〇1、〇2、〇3、〇4、〇5、〇6的通斷狀態(tài)變 量，各個(gè)晶閘管的通斷狀態(tài)變量為1時(shí)，表示該晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，通斷狀態(tài)變量為O時(shí)， 表示該晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)函數(shù)K= (I-K1K4) (I-K2K5) (I-K3K6)(1-K7)，K7為系統(tǒng)狀態(tài) 變量，Κ7為O時(shí)，表示系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，Κ7為1時(shí)，表示系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，其特征在于:在步驟 (3 )中，Re = Re2+Re3，Le = Le2+Le3，Ee = Ee2+Ee3，其中，Rej、Lej、Eej，j = 2，3，分別為逆變側(cè)電路中 兩組6脈沖換流器的等效電阻、等效電感、等效電勢(shì)源，Rej、Uj、E ej的狀態(tài)方程如下：上式中，R/、IV分別為逆變側(cè)某一組6脈沖換流器連接的變壓器的電阻和電感，V/、 V/、V/為逆變側(cè)某一組6脈沖換流器進(jìn)行逆變時(shí)的三相等值電勢(shì)，所述逆變側(cè)的兩組6脈沖 換流器均包括Q/、Q2'、(^、QZ、(^、(^六個(gè)晶閘管，其中Q/與QZ、(^與Q6'、(^與Q2'分別 構(gòu)成與Vi、V 2、V3對(duì)應(yīng)的三相橋臂，Q/、Q/ 分別為三相橋臂的上橋臂，Q/ 、Q/分比為 三相橋臂的下橋臂，^^心分別對(duì)應(yīng)為以^:/^/七^(guò)^^^勺通斷狀態(tài)變 量;開關(guān)函數(shù)f =(1-1(/Κ?-Κ/Κ^ Kl-K/Kf/ )(1-1^夂以為系統(tǒng)狀態(tài)變量。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述特高壓直流分層接入輸電系統(tǒng)的建模方法，其特征在于:對(duì)輸電 系統(tǒng)的整流電路采用定電流控制方法，對(duì)輸電系統(tǒng)的逆變電路采用定熄弧角控制方法。
【文檔編號(hào)】H02J3/24GK106026154SQ201610305303
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】黃校娟, 付蓉
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)