一种不对称故障直流系统准稳态模型构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交直流混联电力系统机电暂态仿真技术领域，具体设及一种不对称故 障直流系统准稳态模型构建方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，超高压、特高压直流电网在我国很多地区相继投入运行，对电网的安全稳 定运行及控制提出了更高的要求。中国现在已建成并正式投运的超高压直流输电系统的线 路总长度与输送容量均居世界第一。未来15年内，中国电网将是具有20多回超高压、特高 压直流输电线路的超大规模交直流混联电网。因大规模的直流输电系统的投入运行，大量 大功率的电力电子装置及其它非线性元件被引入电力系统，该些元件的快速暂态过程对交 流系统产生不同程度的影响，使得对交直流混联系统进行仿真的困难大大增加。
[0003] 为了提高对交直流混联系统的机电暂态仿真精度与速度，学者们进行了各种直流 系统模型的理论研究。目前，交直流机电暂态分析中直流系统的模型主要有：等值电路模 型，动态向量模型，小信号线性化模型，经典准稳态模型，W及各种改进的准稳态模型等。但 实际电力系统机电暂态仿真中使用的仍然是经典准稳态模型，经典准稳态模型的计算方法 成立的假定前提如下：
[0004] (1)交流系统是S相对称、频率为50化的基波正弦系统，不考虑谐波和中性点偏 移的作用；
[0005] (2)直流侧平波电抗器电感值足够大，且滤波器性能理想，使得直流电流经滤波后 波形为平直的，不考虑纹波的影响；
[0006] (3)不计换流变压器的饱和效应、激磁阻抗和铜耗，认为是理想变压器；
[0007] (4)换流阀特性理想，即不计正向导通状态的压降并忽略阻断状态的漏电流，单桥 的六个阀W1/6周期的等相位间隔依次轮流触发导通。
[000引然后基于平均值的思想，可W得到计及换相过程的换流器准稳态计算模型。经典 准稳态模型的两个主要缺陷在于；（1)采用对对称换相电压求取平均值的公式计算直流侧 电压，而实际仿真中不对称电压作用下此直流平均电压的计算方式存在很大的偏差，从而 影响计算的准确性。因此需要建立较为精确的直流平均电压计算方法。（2)对逆变侧关断 越前角的计算仍采用对称情况下的计算方法，没有考虑到换相电压过零点移动的因素，W 及换相电压大小变化引起换相角变化造成的影响。
[0009] 考虑不对称故障下电力系统机电暂态仿真中的直流系统准稳态模型构建方法，仍 是交直流混联系统机电暂态仿真中亟待解决的难题。
【发明内容】
[0010] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种不对称故障直流 系统准稳态模型构建方法，在交流系统发生不对称故障下，使机电暂态仿真的精度高于经 典准稳态模型，且计算量小于精确电磁暂态模型。
[0011] 为达到W上目的，本发明采用如下技术方案：
[0012] 不对称故障下直流系统准稳态模型构建方法，其特征在于：在超高压、特高压直流 换流站内，当交流系统发生不对称故障时，利用站内控制中屯、获取交流系统S相电压半个 周波的波形信息，执行W下步骤：
[0013] 步骤一：直流输电系统换流器的六个晶闽管阀组编号上桥臂编号顺序为阀1-阀 3-阀5,下桥臂编号顺序为阀4-阀6-阀2 ;根据瞬时值表示的不对称S相相电压：
[0014]
【主权项】
1.不对称故障下直流系统准稳态模型构建方法，其特征在于：在超高压、特高压直流 换流站内，当交流系统发生不对称故障时，利用站内控制中心获取交流系统三相电压半个 周波的波形信息，执行以下步骤： 步骤一：直流输电系统换流器的六个晶闸管阀组编号上桥臂编号顺序为阀1-阀3-阀 5,下桥臂编号顺序为阀4-阀6-阀2 ;根据瞬时值表不的不对称三相相电压：
式中：Ua、Ub、U。为不对称a、b、c三相电压的有效值；Θ a、Θ b、Θ。为不对称a、b、c三相 电压的相位，ω为交流系统的角频率； 一周波内六个晶闸管阀不对称换相线电压的实际过零点的具体时刻如下计算：
式中为不对称故障波形下的阀i换相线电压的过零点，i = 1，2,…，6 ; 步骤二：以阀3三个相邻过零点为基准的触发电角度之平均值来确定阀3的触发脉冲， 进而按等间隔触发其他阀；根据式（6)所计算的换相线电压的6个过零点，能够得出直流输 电系统逆变侧各阀的触发脉冲发出电角度的计算公式如下：
式中：a i为直流输电系统的调节系统给出的逆变侧触发滞后角/rad，p i为不对称故障 波形下的阀i触发脉冲的电角度，i = 1，2,…，6 ; 步骤三：以直流输电系统逆变侧阀6触发脉冲发出时刻-阀1-阀2-阀3触发脉冲发 出时刻的半个周波电压波形求取直流电压Udl的计算公式，即对阀p 6-p3的时段进行计算如 下：
式中：?为逆变侧等值换相电阻，I dI为逆变侧直流电流，R :与I dI的乘积近似等值换相 过程引起的电压变化Δν; 将不对三相相电压实际波形（1)，代入上式（10)可得：
对上式（11)进行积分求解得到不对称换相电压作用下，直流输电系统逆变侧直流平 均电压的计算公式如式（12)所示；
式中：i为阀的编号，Id(t)为直流电流，ρ为投入相，q为退出相，r为另外半桥导通的
Uspi、Usqi为不对称故障下投入和退出相的相电压有效值， L为等值换相电抗； 进而，得出各阀的关断越前角S 正后的计算公式如下： δ J= C ^pi- Ui i = I, 2, ···, 6 (21) 式中为不对称故障波形下的阀i换相线电压的过零点，i = 1，2,…6,分别如式（6) 所示； 直流输电系统的调节系统取一个周波六个晶闸管阀关断越前角的最小值进行晶闸管 阀的调节计算，以尽量模拟交直流混联系统不对称故障情况下直流输电系统的实际调节过 程，准确仿真出直流换相失败或直流闭锁的场景；因此，一个周波的关断越前角S为： δ =Hiin(Si) i = l，2，...，6 (22)〇
【专利摘要】一种不对称故障直流系统准稳态模型构建方法，在超高压、特高压直流换流站内，当交流系统发生不对称故障时，利用站内控制中心获取逆变侧交流系统三相线电压半个周波的波形信息，通过不对称换相电压的实际波形来预测换相线电压的过零时刻，改进各晶闸管阀组触发脉冲的触发时刻，进而得到计及换相电压大小变化所引起的直流平均电压和换相角的数值，从而得到不对称故障下直流系统的改进准稳态模型，以更准确、快速地进行交直流混联电力系统的机电暂态仿真。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104866689
【申请号】CN201510320518
【发明人】刘俊, 方万良, 魏占宏, 高敏, 郭瑾程, 徐海超
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月9日