[发明专利]用于直流馈入电网直流系统暂态响应的简化求解方法

说明书

本发明公开了一种用于直流馈入电网直流系统暂态响应的简化求解方法，可用于交直流系统混合仿真中，其结果可作为直流系统换相失败的判断的依据；在该发明中，高压直流输电系统的数学模型包含了直流主设备系统的模型以及直流控制系统的模型；直流设备中计及了换流变压器、换流器、直流滤波器和直流线路；直流控制系统涉及换流器的不同控制方式；对于直流主设备系统中整流侧的模型进行简化，将整个整流侧表示为幅值可变的直流电源，其电压为控制角的函数；通过对简化直流设备系统与控制系统进行暂态仿真，得到全周期的高压直流输电系统的响应。

技术领域

本发明属于电力系统仿真及计算领域，具体涉及一种用于直流馈入电网直流系统暂态响应的简化求解方法。

背景技术

基于晶闸管控制的高压直流输电系统由直流设备系统和直流控制系统两部分组成。直流设备系统一般包含换流变压器、换流器、直流滤波器、平波电抗器以及直流输电线路等，直流控制系统由整流侧和逆变侧的控制逻辑形成。由于直流系统的物理特性，整流侧和逆变侧均存在导通或者换相过程。根据直流主设备系统的响应，直流控制系统按照其控制逻辑形成换流器的触发脉冲时刻，换流器按照其物理特性完成换流阀的自动关断。

在逆变侧交流系统发生对称或者不对称故障后，直流系统逆变器可能发生换相失败。不同于交直流混联系统，对直流馈入式电力系统而言，直流系统联系的电网处于不同的同步电网。因此在直流馈入式系统的暂态仿真中，不用考虑整流侧电网受到换相失败的影响，从而可以对整流侧系统进行适当简化。

在简化模型的基础上，保留了直流系统逆变侧的详细结构，可用于对直流系统逆变侧电磁暂态过程的模拟。适用于机电-电磁暂态混合仿真，且能够进行逆变侧交流系统故障后引发的换相失败判断。

发明内容

本发明旨在提出一种用于直流馈入电网直流系统暂态响应的简化求解方法，目的在于求解逆变侧换流变压器电压为对称或者不对称情况下直流系统的响应；该方法通过对整流侧的直流模型进行适当简化，主要考虑逆变侧电压变化下直流系统的动态行为；该方法在保留直流逆变侧详细结构的基础上化简了直流系统的模型，计算效率高，且能够模拟直流系统的换相失败，在电力系统的机电-电磁暂态仿真以及直流系统的换相失败判断方面有重要的意义。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于直流馈入电网直流系统暂态响应的简化求解方法，将高压直流输电系统的整流侧交流电源、换流变压器和换流器简化为幅值可变的直流电压源，利用触发角与整流侧交流电压求出等值电压，降低直流系统暂态响应求解的复杂度；具体如下：

1)直流主设备系统的状态方程按照如下方法形成：

将整流侧的交流电源、换流变压器和换流器简化为幅值可变的直流电压源；结合直流主设备系统的其他元件，即逆变侧换流变压器、平波电抗器、直流滤波器以及直流输电线路，根据逆变器中换流阀的不同导通与关断状态，使用各元件的电阻、电感及电容参数，按照电路原理形成不同电路结构下直流主设备系统的状态方程：

其中x为直流主设备系统的状态变量，输入u为逆变侧的三相电压瞬时值；为整流侧的输入矩阵；A_i、B_i分别为第i个工况下的状态矩阵以及逆变侧输入矩阵；u_R为整流侧的等值直流电压；

2)对于直流控制系统，按照其控制逻辑，列出其微分方程：

式中y表示直流控制系统的状态变量；x为直流主设备系统的状态变量；直流控制系统的输出为整流侧的触发延迟角α与逆变侧的触发超前角β；

3)式(1)中整流侧的等值直流电压u_R将随着直流控制系统计算过程中，整流侧的触发延迟角α而变化；利用准稳态公式，u_R表示为：