考虑直流控制策略对直流系统无功动态特性的影响分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种考虑直流控制策略对直流系统无功动态特性的影响分析方法，属于 电力系统运行可靠性与广域安全防御领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代电力系统逐渐朝着区域互联与交直流并重模式的方向发展，电力系统的 安全与稳定面临着越来越严峻的压力。例如，高压直流输电在传输有功的同时也需要消耗 大量的无功。由于直流系统含有大量的电力电子元件，大扰动后的直流系统无功不但响应 快、幅值大，而且具有与直流控制强相关的特点。当直流系统接于弱交流系统时，如果直流 控制方式选择不当或控制参数设置不合理，大扰动后的直流系统将从交流系统吸收大量的 无功，并最终导致暂态电压失稳。
[0003] 同时，由于直流控制非线性强、响应特性复杂，其对直流系统无功动态特性的影响 机理和途径尚未形成清晰明确的结论，严重制约着交直流系统的安全稳定运行。
[0004] 目前，直流控制策略对直流系统无功动态特性影响的相关研究工作主要集中在两 个方面：1)基于机电暂态仿真平台研究直流控制对大规模交直流系统无功-电压特性的影 响；2)基于电磁暂态仿真平台研究直流控制的响应特性、参数优化W及控制方式对直流系 统无功等直流电气量的影响。
[0005] 但目前的仿真研究尚没有深入到直流详细模型和详细控制，仅立足于直流准稳态 模型，寻找反映直流电气量变化的一般性规律。但在反映故障动态过程中的特征与细节、反 映直流控制对无功动态特性的影响运两方面，缺乏有效分析方法。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在提供一种考虑直流控制策略对直流系统无功动态特性的影响分析方 法，本发明是一种简单且较为精确的工程实用方法，对于把握直流控制对直流系统无功动 态特性的影响机理、途径和规律W及增强交直流系统的智能运行与柔性控制具有重大的现 实意义。
[0007] 本发明采用的技术方案是:本发明考虑直流控制策略对直流系统无功动态特性的 影响分析方法，包括有如下步骤：
[0008] 1)确定影响直流系统无功动态的因素；
[0009] 根据直流系统准稳态方程，直流系统消耗的无功可W由式(1)求得：
Cl)
[0011]由式（1)可知，直流系统无功随着换流母线电压、直流电流和触发角的增大而增 加，因此，任何造成上述=个变量变化的操作或扰动都会引起直流系统无功的动态响应； [001。 2)利用PSCAD/EMTDC基于实际参数建立包含详细直流控制的直流系统模型；
[0013] 考察直流控制对直流系统无功动态特性的影响，对交流系统采用简化模型即电压 源串联阻抗模型，直流系统采用详细电磁暂态模型，接线方式为双极12脉动，参数采用实际 直流工程的额定运行参数；
[0014] 3)提出直流系统遭受扰动时换流器触发角保持为受扰前数值，选择交流滤波器投 切、功率紧急提升、降功率运行、降压运行、换流母线故障、直流线路故障和直流换相失败7 种场景检验直流系统无功动态响应；
[0015] 4)用直流控制方式分析直流系统无功动态特性：
[0016] 5)优化直流控制参数，降低换相失败恢复过程中无功超调量的影响。
[0017] 本发明重点分析接入受端交流系统后直流发生换相失败的场景下直流系统的无 功动态响应。本发明提出利用PSCAD/EMTDC建立基于实际参数和包含详细直流控制的直流 系统模型，通过与直流系统固有的无功动态特性对比，掲示整流侧定电流控制、逆变侧定电 压控制和定焰弧角控制等对无功动态特性的影响机理和途径，并提出针对换相失败恢复过 程中的无功超调量的控制规律。本方法仅需借助PSCAD/EMTDC建立含详细直流控制的直流 系统模型，对两端交流系统则可作适当简化，从而为分析直流控制对直流系统无功动态特 性的影响提供了一种简单且较为精确的工程实用方法，对于把握直流控制对直流系统无功 动态特性的影响机理、途径和规律W及增强交直流系统的智能运行与柔性控制有重大的现 实意义。
【附图说明】
[0018] 图1为直流控制的直流系统模型示意图。
[0019] 图2为直流控制极控制层控制功能示意图。
[0020] 图3为直流电流参考值Idref增加调制量A Idref来改变电流参考值的幅值和形状的 示意图。
【具体实施方式】 [0021 ]实施例；
[0022] 下面对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0023] 1、确定影响直流系统无功动态的因素。
[0024] 根据直流系统准稳态方程，直流系统消耗的无功可W由式(1)求得：
CD
[0026] 由式（1)可知，直流系统无功随着换流母线电压、直流电流和触发角的增大而增 加。因此，任何造成上述=个变量变化的操作或扰动都会引起直流系统无功的动态响应。
[0027] 2、利用PSCAD/EMTDC基于实际参数建立包含详细直流控制的直流系统模型。
[0028] 本发明主要考察直流控制对直流系统无功动态特性的影响，对交流系统可采用简 化模型即电压源串联阻抗模型，直流系统采用详细电磁暂态模型，接线方式为双极12脉动， 参数采用实际直流工程的额定运行参数。具体如图1所示。
[0029] 3、提出直流系统遭受扰动时换流器触发角保持为受扰前数值，选择交流滤波器投 切、功率紧急提升、降功率运行、降压运行、换流母线故障、直流线路故障和直流换相失败7 种场景检验直流系统无功动态响应。
[0030] 4、按下述流程分析直流控制方式对直流系统无功动态特性：
[0031] 1)整流侧配置定电流控制
[0032] 鉴于定电流控制中的低压限流器（vol1:age dependent current order limiter, VDCOL)环节和瞬时电流控制环节对直流电流参考值的大小和恢复特性的重要影响，本发明 将在PSCAD/EMTDC环境下的模型中分别采用：
[0033] (1)换流母线故障时整流侧定电流控制(不计及VDC0L);
[0034] (2)换流母线故障时VDCOU不计及瞬时电流控制）；
[0035] (3)换相失败恢复过程中瞬时电流控制。
[0036] 将上述仿真与不计及相应控制的无功动态特性对比，获得定电流控制对直流系统 无功动态特性的影响结果。
[0037] 2)逆变侧配置定电压控制
[0038] 当逆变侧采用定电压控制时，Ud可表示为：
(2)
[0040] 由式（2)可知，当交流系统遭受扰动而导致UdO下降时，将引起Ud的减小。为了保证 Ud不变，定电压控制将减小逆变侧的超前触发角PW试图增大山。由式（1)可知，此时直流系 统的功率因数将增大，从而使直流系统消耗的无功减少。
[0041] 本发明将在PSCAD/EMTDC环境下的模型中采用定电压控制，将仿真与不计及直流 控制时的动态特性对比，可得逆变侧定电压控制对直流系统无功动态特性的影响结果。
[0042] 3)逆变侧配置定焰弧角控制
[0043] 根据直流系统的准稳态方程，分析定焰弧角控制的控制目标和控制效果。当逆变 侧采用定焰弧角控制时，焰弧角可表示为：
(3)
[0045] 由式(3)可知，当交流系统扰动导致UdO下降时，为了保持焰弧角丫不变，定焰弧角 控制将增大逆变器的超前触发角e。由式（1)可知，此时的功率因数将减小，直流系统的无功 消耗随之增加。
[0046] 本发明将在PSCAD/EMTDC环境下的模型中采用定焰弧角控制，将仿真与不计及直 流控制时的动态特性对比，可得逆变侧定焰弧角控制对直流系统无功动态特性的影响结 果。
[0047] 5、优化直流控制参数，降低换相失败恢复过程中无功超调量的影响。该过程包括：
[0048] 1)确定影响无功超调量的关键控制环节，即定焰弧角的PI控制、VD(X)L和瞬时电流 控制功能。
[0049] 2)增大PI调节器的比例