特高压直流输电仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种特高压直流输电技术领域，具体的是一种特高压直流输电仿真系 统的建立。
【背景技术】
[0002] 在大规模电力系统的互联中，利用直流系统进行功率交换有利于隔离区域间电网 的交流故障，实现各独立系统间的非同步运行，同时可以改善由于容量过大、距离过长的交 流线路互联所带来的稳定问题，改善电力系统的电能质量，增强电网的稳定性特高压直流 控制体系结构与常规直流工程相比，必须保证其有更高的可靠性和系统可用率，因此通过 仿真分析了解特高压直流系统控制的结构、功能以及特高压直流系统的控制特性下不同控 制方式对特高压直流系统运行的影响，对于进一步研究特高压直流系统的控制策略对其所 连交流电网暂态稳定性的影响、直流系统控制方式对扰动后交流系统电压和功率恢复的影 响具有非常重要的作用。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的不足，提出了一种特高压直流输电仿真系统对特高压直流输 电系统进行仿真分析。
[0004] 特高压直流输电系统主要包括两端换流站，两端换流站均为VSC结构，各换流站 由换流器、换流变压器、换流电抗器、直流电容器和交流滤波器等部分组成。
[0005] 在建立特高压直流输电的仿真系统过程中，充分利用了目前仿真中心的各种实时 仿真资源，包括：对有限的模拟元件进行合理规划和使用；开发和应用多种发电机及其控 制系统模型，建立特高压直流系统模型；建立数据完备、结构合理的系统数据库；校核大规 模模拟网性能等。建模过程中的若干关键技术，包括：①筛选和优化系统模比方案；②配置 和校核若干种模拟元件；③系统连接及建立模拟网络结构；④建立系统数据库；⑤校核系 统潮流及检验系统性能等。
[0006] 合理选择交/直流系统模比是系统建模和系统试验的前提。由于建立的系统规模 庞大，而且各地区进行的系统等值程度不同，导致网络不同部分的线路潮流和元件（尤其 是保留元件与等值元件间）参数差别较大，包括发电机容量、线路阻抗、线路相间和对地电 容等。因此，对交/直流系统模比的选择需要权衡多种因素，包括：i)设备的合理工作范围 和安全性。在正常运行时，潮流最轻的线路通过的工频电流不低于最小工作电流，以保证模 拟系统的精度；系统故障时，最大故障电流在安全工作范围内且不能导致元件饱和，以保证 物理仿真设备的安全。2)数字和模拟元件的数量及参数。提高模拟电压基准值有利于降 低系统的故障电流，保障设备安全，但是会导致模拟阻抗模型元件数量的增加，并可能降低 潮流轻的线路的模拟精度，需要进行权衡。3)各种系统模比的选择顺序。建模时首先选定 系统功率模比，在此基础上，分别为不同电压等级的交流和直流系统选择合适的电压/电 流模比，而系统的阻抗、电感和电容的模比随之确定。4)直流系统模比的选择。需综合考 虑：直流系统的建模策略，换流阀正常解锁所需最小工作电流，系统正常运行时换流变压器 的分接头调节范围等。
[0007] 在仿真系统中，发电机和动态负荷均采用数字模型，全部位于高性能多处理器的 服务器中。鉴于现有的发电机模型的调节系统不能满足需要，此次建模过程中，利用仿真装 置中的工具软件，开发了若干种发电机调节系统的模型，包括励磁系、统、调速器和电力系 统稳定器，其中发电机励磁系统3种，分别为FJ型、FK型、EK型；调速器模型2种，分别为GH 型和GS型。按照实际发电机调节器、原动机的配置，组合上述调节器和原动机模型，建成了 多种发电机的模型借助A/D通道，位于服务器中的发电机和动态负荷与功率放大器连接， 并通过线路、变压器和断路器等物理模拟元件，与系统其他部分相连，从而实现数字元件相 互间完全解耦，消除了不同数字元件系统问数值不稳定的问题。输出电压/电流通道通过 D/A接口、两相相功率放大器、线性变压器、外接阻抗、可控开关和母线等元件与其他模拟系 统相连；模拟系统的电压和电流则通过电压/电流传感器和A/D接口反馈回数字模型中，从 而形成闭环系统。
[0008] 发电机模型建立后，全面校核其控制系统、回路和参数，尤其是励磁系统和调速器 系统等。主要参数包括：电压、电流、频率、机械功率、电磁功率、机械转矩、电磁转矩和角速 度等。对于控制环节，还需重点检查不同模块间传递变量的变化。动态负荷的校核主要包 括A/D、D/A和相位等。
[0009] 特高压直流输电控制系统分为3个层次。第1层次称为主控制级，此控制级可以 选择整流侧以定电流或定功率的方式运行。第2层次称为极控制级，即控制直流输电一个 极的控制层次。此控制级的基本控制策略为其中整流侧采用带有α_限制的定电流控制， 逆变侧采用定γ角控制和定电流控制，另外整流侧配有低压限流环节，逆变侧配有电流偏 差控制。第3层次称为换流器控制级，是控制直流输电一个换流单元的控制层次，用于控制 换流器的触发相位。
[0010] 主控制级通常接收来自调度中心的直流输送功率指令，经过控制运算以后发送一 个直流电流指令给极控制级，极控制级经过控制运算以后发送一个触发角指令给各个换流 器控制单元。
[0011] 直流系统的基本特性及控制方式为从整流侧到逆变侧的直流电流为
[0013] 在直流输电系统中直流电压和直流电流都仅仅取决于α、β、IV、Ud(]l这四个变 量，其他均为系统固有参数。这四个量是直流输电系统的控制量，且除此之外没有其他控 制量。因此，通过控制这四个量，即可控制直流输电系统的各种运行要求。其中α、β分 另IJ是整流侧和逆变侧的触发控制角，响应速度很快；IV是整流侧换流变压器的阀侧空载电 压，Ud(]l为逆变侧换流变压器的阀侧空载电压，可以通过调节换流变压器的分接头来调节该 控制量，由于其响应速度与上述触发控制角相比起来要慢得多，在交、直流系统发生故障的 暂态过程中，直流输电系统控制部分能够发挥的控制量只有整流侧和逆变侧的触发控制角 α、β 〇
[0014] 通过调节加到换流阀控制级的触发脉冲相位来实现直流线路电压、电流和功率的 调节，即调节整流器的触发角α或逆变器的触发越前角β (或熄弧角）。这种方式具有调节 范围大、控制速度快（一般1~l〇ms)等优点，换流器的快速控制可防止直流电流的剧烈波 动，是保证高压直流输电线路稳定运行的重要要求，是直流输电系统主要的控制手段。通过 调节加在换流器上的交流电压，即调节换流变压器分接头来实现对直流线路电压、电流和 功率的调节。分接头控制模式包括角度控制模式和电压控制模式。换流器的分接头开关是 机械式的，调节一档的时问通常需要5~15s的时间，响应时间较长，所以分接头调节只能 作为辅助调节手段。高压直流输电要求控制保护系统要完成以下基本的控制保护功能：（1) 直流输电系统的起停控制，高压直流输电系统的起动或停运是通过一定顺序对交直流开关 设备的操作，换流器的解锁或闭锁，完成功率按给定速率上升或下降等操作来实现。（2)输 送功率的大小和方向控制，对输送功率大小的控制是通过改变电流整定值来实现的，而直 流功率的反向输送则是通过改变直流电压的极性来实现。（3)抑制换流器非正常运行及对 所连交流系统的干扰，当多端HVDC系统的直流侧发生故障时，应迅速判断故障的线路并将 其切除，使剩余系统尽快恢复运行。（4)直流输电保护控制，发生故障时，进行控制系统切换 以及保护动作，来保护换流