[发明专利]一种具有分层结构的特高压直流系统机电‑电磁暂态混合仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有分层结构的特高压直流系统机电-电磁暂态混合仿真方法，特别涉及一种基于ADPSS的具有分层结构的特高压直流系统的机电-电磁暂态混合仿真方法，属于电网仿真与控制领域。

背景技术

近年来，我国在特高压交直流输电技术和工程建设领域取得巨大的成果。特高压交直流输电工程的建成和投运，实现远距离、大容量输电，对我国实现资源优化配置具有重要意义。目前，高压直流输电大多采用电网电网换相换流器技术，此技术的缺点是需要受端电网提供足够的换相电压和换相失败后需要吸收大量无功功率，这对交流电网的安全稳定造成严重影响。多馈入直流电网是我国电网发展的主要趋势，多馈入直流之间电气距离短，交直流系统故障可能导致多个换流站发生换相失败；故障清除后，如果控制策略不当将会使多个直流输电子系统发生相继换相失败。为解决上述问题，结合我国特高压输电技术发展现状，国内专家学者率对特高压直流分层接入受端电网的接线方式进行了研究。特高压直流分层接入的具体接线方式是直流换流站内的高低端换流器、滤波器及无功补偿装置分别接入不同电压等级的交流电网，一般是分别接入500kV和1000kV交流电网。采用分层接入方式，有助于提高系统的多馈入短路比和电压支撑能力。这是一种创新性的接入方式，目前国内外尚没有工程实例，对此研究的参考也较少，加之特高压直流分层接入方式下，直流系统拓扑结构复杂，交直流系统及两层受端系统间交互影响机理更加复杂。因此，急需全新的仿真方式对这种接线方式下的特高压交直流电网的动态特性进行研究。

针对特高压直流分层接入受端电网这一全新的接线方式，目前关于仿真方法的研究还比较少，主要集中在采用纯机电暂态仿真和纯电磁暂态仿真。在进行纯电磁暂态仿真过程中，通常受仿真规模的限制，计算量大，节点数量不能太多，仿真缓慢，需要对交流电网做等值化简，这将使得电网的运行特性发生巨大改变，在涉及直流电网安全稳定控制策略对系统动态特性的影响方面的仿真研究时，计算准确度及其控制策略会受到影响。而采用纯机电暂态仿真进行稳态和准稳态仿真的对象主要对大规模电网，其对特高压直流层接入受端电网详细电磁暂态过程的仿真可能不太精确。电力系统仿真是认识系统特性，分析系统稳定性的主要手段。特高压交直流混联以及特高压直流接入受端电网的不同接线方式给电网的特性带来深刻变化，交直流相互作用，送受端影响加剧，目前特高压交直流相互作用指标的分析相对保守，准确把握交直流混联电网及特高压直流分层接入受端电网的机理及运行特性，对系统动态特性的仿真有必要进行详细仿真分析。

解决问题的关键是如何根据这种特殊的接线方式，同时兼顾机电暂态和电磁暂态仿真的优点，实现对特高压大电网的快速准确计算，同时保证仿真的规模和精确性。该仿真方法的复杂性在于，一方面，含大量电力电子器件的直流系统及复杂电力电子等非线性原件的详细电磁暂态仿真建模，并且在建模过程中广泛采用基础元件搭建的方式来实现直流一次系统的仿真，仿真精度依赖于软件采用的基础算法和基础元件建模的精细程度。另一方面，特高压直流分层接入受端电网的控制方式比较复杂，目前的直流输电控制系统一般分为系统控制级、双极控制级、极控制级、换流器控制级、单独控制级和换流阀控制级等六个层次的等级。对于特高压直流分层接入受端电网而言，由于逆变侧单极接入不同电压等级的交流系统，其控制特性更加复杂化，需要控制器协调配合，集中控制多个换流器。如何实现适应各种运行情况下的计算分析的准确性，系统的建模仿真是一个关键问题。

本发明的目的在于解决现有技术上存在的上述问题，基于中国电科院自主研发的全数字实时仿真装置(ADPSS)，实现特高压直流系统的详细电磁暂态建模仿真，与直流相联的交流系统采用机电暂态建模仿真，利用数据交互接口，从而提供一种有效和实用化的具有分层结构的特高压直流机电-电磁暂态混合仿真方法。本发明采用的方法，能够有效和可靠地进行特高压直流分层接入受端电网的仿真分析，为更有效的把握特高压直流分层接入受端电网的运行特性及相互作用机理提供技术依据和实用化仿真方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术上存在的上述问题，提供一种可靠且有效地特高压直流分层接入受端电网的机电-电磁暂态混合仿真方法方法。本发明采用这种方法考虑特高压直流分层接入受端电网控制系统建模的复杂性和纯机电暂态和电磁暂态混合仿真的缺陷，能够有效地分析特高压直流分层接入受端电网的运行特性及相互作用机理，为特高压直流电网的运行分析与控制提供技术依据和实用方法。