一种在PSS/E中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置与流程

一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置
技术领域
1.本发明涉及电力系统仿真相关技术领域，尤其涉及一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置。


背景技术：

2.随着我国电力系统的建设和发展，以及国内能源分布与负荷的发展不平衡的特点，水利资源多集中分布在西南部，煤炭资源多集中在西部和北部，而用电负荷多集中在东部和南部且地理位置相距较远，因此采用高压直流输电系统进行西电东送，北电南送对解决能源供给、消耗的不平衡，以及推进国家经济发展方面显得越来越重要。目前国内已经投运的高压直流输电线路已经多达几十条，这在一定程度上解决里能源分布的问题，但是也带来了多直流落点的问题。尤其是在东部受端交流网发生大的扰动后，可能会造成多个换流站换相失败问题，尤其是连续的换相失败，不仅损坏对设备，而且威胁区域互联电网的稳定运行。因此对交直流电力系统的换相失败研究显得尤为重要。
3.由于直流输电系统仿真计算对精度要求比较高，基于电磁暂态仿真软件rtds和emtdc对换相失败有准确的模拟，但是受限于电磁暂态仿真软件硬件资源以及对仿真节点的限制，对电力大系统的仿真仍然以机电暂态为主。其中bpa、psasp以及pss/e(power system simulator/engineering)都是使用最普遍的软件。这些软件都是以换流站逆变侧交流电压为依据，实现对换相失败的模拟，但是这种方法具有很大的局限性，并不能准确地反映故障特性。


技术实现要素：

4.鉴于目前机电暂态仿真软件模拟换相失败存在的问题，结合实际工程中换相失败的特性，本发明提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置，以故障后熄弧角和直流电流的变化为依据，模拟换相失败，具有更高的可靠性。
5.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法，包括步骤：
6.s1、在pss/e中对高压直流输电系统的一次和二次模型进行调试，并进行故障仿真计算；
7.s2、判断故障后的熄弧角是否小于第一预设门限值，若所述熄弧角小于第一预设门限值，则进入步骤s3，若所述熄弧角不小于第一预设门限值，则进入步骤s5；
8.s3、判断直流电流是否大于第二预设门限值，若所述直流电流大于第二预设门限值，则进入步骤s4，若所述直流电流不大于第二预设门限值，则进入步骤s5；
9.s4、判定逆变侧发生换相失败，逆变侧旁通；
10.s5、判定逆变侧未发生换相失败。
11.进一步的，在步骤s1之前，还包括步骤：
12.s0、在所述pss/e中搭建基于准稳态公式的高压直流输电系统主回路模型，编写并
调试所述高压直流输电系统主控制逻辑、换相失败检测逻辑以及换相失败处理逻辑。
13.进一步的，所述熄弧角通过如下计算公式获得：
[0014][0015]
其中，γ为熄弧角，i
dc
为直流电流，xc为换相电抗，e
ac
为阀侧交流电压有效值，α为触发角。
[0016]
进一步的，所述第一预设门限值为7
°
。
[0017]
进一步的，所述第二预设门限值设置为0安培。
[0018]
根据本发明的另一个方面，提供一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的装置，包括：故障仿真模块、第一比较模块、第二比较模块、第一判别模块和第二判别模块；所述故障仿真模块、第一比较模块、第二比较模块和第一判别依次连接，所述第二判别模块分别连接所述第一比较模块和第二比较模块的输出；其中，
[0019]
所述故障仿真模块，在pss/e中对高压直流输电系统的一次和二次模型进行调试，并进行故障仿真计算；
[0020]
所述第一比较模块，比较故障后的熄弧角是否小于第一预设门限值，并根据比较结果输出至所述第二比较模块或所述第二判别模块：若所述熄弧角小于第一预设门限值，则将结果输出至第二比较模块，若所述熄弧角不小于第一预设门限值，则将结果输出至第二判别模块；
[0021]
所述第二比较模块，比较直流电流是否大于第二预设门限值，若所述直流电流大于所述第二预设门限值，将比较结果输出至所述第一判别模块，若所述直流电流不大于所述第二预设门限值，将比较结果输出至所述第二判别模块；
[0022]
所述第一判别模块，根据接收到的所述第二比较模块的输出结果输出换相失败的判别结果；
[0023]
所述第二判别模块，根据接收到的所述第二比较模块的输出结果为直流电流不大于第二预设门限值，或接收到所述第一比较模块的输出结果为所述熄弧角不小于第一预设门限值，则输出未发生换相失败的结果。
[0024]
进一步的，还包括：模型搭建模块，所述模型搭建模块与所述故障仿真模块连接，在所述pss/e中搭建基于准稳态公式的高压直流输电系统主回路模型，编写并调试所述高压直流输电系统主控制逻辑、换相失败检测逻辑以及换相失败处理逻辑。
[0025]
进一步的，所述熄弧角通过如下计算公式获得：
[0026][0027]
其中，γ为熄弧角，i
dc
为直流电流，xc为换相电抗，e
ac
为阀侧交流电压有效值，α为触发角。
[0028]
进一步的，所述第一预设门限值为7
°
。
[0029]
进一步的，所述第二预设门限值设置为0安培。
[0030]
综上所述，本发明提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置，以故障后熄弧角和直流电流的变化为依据，模拟换相失败，通过该方法可以提高直流输
电系统换相失败模拟的准确性，使其仿真结果接近实际过程结果。
[0031]
本发明具有如下技术效果：
[0032]
(1)本发明采用熄弧角这一换流阀的特征参数作为判据，相较于换流母线电压能够更加准确地反映换相失败时各电气量的变化特性。
[0033]
(2)考虑到pss/e(机电暂态仿真)中熄弧角计算方法的局限性，本发明将直流电流小于0安培这一条件作为结束换相失败的依据，从而使得仿真结果更加接近于实际工程特性。
附图说明
[0034]
图1是本发明在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法的流程图。
具体实施方式
[0035]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0036]
现有技术中，机电暂态仿真中换相失败模拟的主要判据参数为换流母线电压和熄弧角，两个参数中的一个小于阈值或者两个同时小于阈值，则判定为换相失败。但是根据实际工程现场的情况看，一方面采用换流母线电压值的变化，并不能准确的反应阀运行特性，机电暂态中熄弧角的计算也只是基于稳态公式；另一方面各个换流站交流网的容量、阻抗差异性增加了换流母线电压阈值选择的难度。
[0037]
鉴于目前机电暂态仿真软件模拟换相失败存在的问题，结合实际工程中换相失败的特性，本发明提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法和装置，其根据故障后熄弧角、直流电流的变化，判断和模拟换相失败。本发明提供的方法和装置以故障后熄弧角和直流电流的变化为依据模拟换相失败，提高了机电暂态仿真中换相失败模拟的准确性。
[0038]
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法，包括步骤：
[0039]
s1、在pss/e中对高压直流输电系统的一次和二次模型进行调试，并进行故障仿真计算。在该步骤s1之前，还可以包括步骤s0：
[0040]
s0、在所述pss/e中搭建基于准稳态公式的高压直流输电系统主回路模型，编写并调试所述高压直流输电系统主控制逻辑、换相失败检测逻辑以及换相失败处理逻辑。其中，所述主控制逻辑包括直流电流控制器、直流电压控制器、以及预测型熄弧角控制器的控制逻辑；换相失败处理逻辑包括逆变侧旁通控制、有功功率和无功功率置0等操作逻辑。
[0041]
s2、判断故障后的熄弧角是否小于第一预设门限值，若所述熄弧角小于第一预设门限值，则进入步骤s3，若所述熄弧角不小于第一预设门限值，则进入步骤s5。其中，所述第一预设门限值可设置为7
°
，即当所述熄弧角小于7
°
时，即判断可能存在换相失败的情况，则进入下一个步骤继续进行判断。该第一预设门限值的设定根据实际工程中换流阀恢复阻断能力所需要的时间进行选取。其中，所述熄弧角通过如下计算公式获得：
[0042][0043]
公式中，γ为熄弧角，i
dc
为直流电流，xc为换相电抗，e
ac
为阀侧交流电压有效值，α为触发角。
[0044]
s3、判断直流电流是否大于第二预设门限值，若所述直流电流大于第二预设门限值，则进入步骤s4，若所述直流电流不大于第二预设门限值，则进入步骤s5。其中，所述第二预设门限值可以设置为0安培，即在当熄弧角满足判定条件的情况下，直流电流的值大于0安培时，则判定发生了换相失败。本发明该实施例中将直流电流小于0这一条件作为结束换相失败的依据，更加接近工程实际的情况。该第二预设门限值的设置结合了实际工程中发生换相失败时直流电流的特性进行选取。
[0045]
s4、判定逆变侧发生换相失败，逆变侧旁通。
[0046]
s5、判定逆变侧未发生换相失败，即当熄弧角不满足小于第一预设值或直流电流不满足大于第二预设值的情况下，判定逆变侧未发生换相失败。
[0047]
根据本发明的另一个实施例，提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的装置，包括：故障仿真模块、第一比较模块、第二比较模块、第一判别模块和第二判别模块；所述故障仿真模块、第一比较模块、第二比较模块和第一判别依次连接，所述第二判别模块分别连接所述第一比较模块和第二比较模块的输出。其中，所述故障仿真模块，在pss/e中对高压直流输电系统的一次和二次模型进行调试，并进行故障仿真计算。根据某些实施例，还可以包括模型搭建模块，所述模型搭建模块与所述故障仿真模块连接，在所述pss/e中搭建基于准稳态公式的高压直流输电系统主回路模型，编写并调试所述高压直流输电系统主控制逻辑、换相失败检测逻辑以及换相失败处理逻辑。
[0048]
所述第一比较模块，用于比较故障后的熄弧角是否小于第一预设门限值，并根据比较结果输出至所述第二比较模块或所述第二判别模块。具体输出逻辑为：若所述熄弧角小于第一预设门限值，则将结果输出至第二比较模块，若所述熄弧角不小于第一预设门限值，则将结果输出至第二判别模块。其中，所述第一预设门限值可设置为7
°
，即当所述熄弧角小于7
°
时，即判断可能存在换相失败的情况，则将结果输出至第二比较模块进行下一步比较。
[0049]
所述第二比较模块，比较直流电流是否大于第二预设门限值，若所述直流电流大于所述第二预设门限值，将比较结果输出至所述第一判别模块，若所述直流电流不大于所述第二预设门限值，将比较结果输出至所述第二判别模块。所述第一判别模块，根据接收到的所述第二比较模块的输出结果输出换相失败的判别结果；所述第二判别模块，根据接收到的所述第二比较模块的输出结果为直流电流不大于第二预设门限值，或接收到所述第一比较模块的输出结果为所述熄弧角不小于第一预设门限值，则输出未发生换相失败的结果。其中，所述第二预设门限值可以设置为0安培，即在当熄弧角满足判定条件的情况下，直流电流的值大于0安培时，则判定发生了换相失败。本发明该实施例中将直流电流小于0这一条件作为结束换相失败的依据，更加接近工程实际的情况。
[0050]
综上所述，本发明提供了一种在pss/e中模拟直流输电系统换相失败的方法及装置，以故障后熄弧角和直流电流的变化为依据，模拟换相失败，通过该方法可以提高直流输
电系统换相失败模拟的准确性，使其仿真结果接近实际过程结果。相比于现有技术，本发明采用熄弧角这一换流阀的特征参数作为判据，相较于换流母线电压能够更加准确地反映换相失败时各电气量的变化特性。同时，考虑到pss/e(机电暂态仿真)中熄弧角计算方法的局限性，本发明将直流电流小于0安培这一条件作为结束换相失败的依据，从而使得仿真结果更加接近于实际工程特性。
[0051]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。