柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路，通过该等效电路实现在小干扰分析中将一个复杂的多端柔性直流电网系统简化为一个待分析的换流站与一个代表系统其他部分的等效阻抗相连的模型。本发明的等效电路计及了本地控制的各项控制参数、协调控制的多种方式及其参数，以及一次系统的运行工况，因此有较高的精度；同时忽略了对其他端稳定性分析影响较小的换流阀时间常数，因此降低了模型的复杂程度，有利于减少小干扰分析的计算时间，实现小干扰分析中快速性和精确性的平衡。
【专利说明】
柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路
技术领域
[0001] 本发明设及柔性直流电网小干扰稳定性分析中小干扰阻抗的等效方法，具体设及 柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路。
【背景技术】
[0002] 电压稳定性是交流电网安全稳定运行的重要指标，而相对于交流电网，柔性直流 电网通常接入更多的电力电子设备，如换流器、直流变压器等，运些电力电子设备对电压波 动的耐受能力通常不高。因此维持柔性直流电网电压的稳定性有着更为重要的意义。
[0003] 柔性直流系统的静态稳定分析目前主要采用小干扰分析方法。已有的一些多端柔 性直流系统的小干扰稳定分析方法通过分析系统特征方程矩阵的特征值，而当系统规模增 大时，特征方程矩阵的规模也会随之增大，且当系统结构或参数变化时需要重新计算全网 的系统特征方程，计算量过大，对求解速度产生严重影响。而另一些小干扰分析方法则根据 换流器接入直流电网出口处元件的不同（电容或电感)将带有本地控制的换流站分为电压 源和电流源型，并进一步简化为非理想电压源或电流源，运些方法又过于简化，无法保证精 度。在多端柔性直流电网电压稳定性分析中，需要建立换流站的小干扰阻抗电路，为此本发 明建立了一个柔性直流换流站的小干扰阻抗等效电路。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路，W便于柔性直 流电网小干扰电压稳定性分析，本发明的等效电路计及了本地控制的各项控制参数、协调 控制的多种方式及其参数，W及一次系统的运行工况，因此有较高的精度；同时忽略了对其 他端稳定性分析影响较小的换流阀时间常数，因此降低了模型的复杂程度，有利于减少小 干扰分析的计算时间。
[0005] 为实现上述发明的目的，解决其技术问题，本发明在小干扰分析中基于直流电压 和电流的小干扰量，计算柔性直流电网中换流站的等效阻抗，采用的技术方案如下：
[0006] 针对本地控制采用双环控制，电流内环比例参数为Kp,积分参数为Ki,功率外环比 例参数为Kp2，直流侧极间电容为C的换流站，若换流站协调控制输出的功率参考值i资采用 W下数学特性：
其中参数kudcW和kp分别为直 流电压和输出功率的下垂控制权重，kudc(n)和kp不同时为0，n为直流电压的指数，UDCref为换 流器直流电压参考值，Ps为交流电源输出功率，Psref为交流电源输出功率参考值，换流站在 不同工况下的小干扰阻抗可W通过如下方法得到：
[0007] 将换流阀交流侧系统正序电感和单相换流电感相加得到交流侧总电感Lac,将系统 正序电阻和单相换流等效电阻相加得到交流侧总电阻Ra。，通过测量获取交流电源电压基波 相量Us,换流器直流电压化〇)，换流器直流侧电流Idco,将Us在d/q同步坐标系下进行变换，即 令Us = UsdO+j ? UsqO，换流器输出功率Pdco = Udco X Idco ;计算电流内环时间常数得到《 i = Kp/ Lac;在不计入换流器直流侧并联电感的情况下，柔性直流电网中换流站的等效阻抗的电路 的结构为一个电阻值为Ri的电阻和一个电感值为^的电感串联，再与一个电阻值为R2的电 阻并联，其中Ri、Li和化计算公式如下式：
[000引
[0009]
[0010]
[0011] 与现有方法相比，该方法的优点在于:本发明建立了一种柔性直流换流站小干扰 阻抗的等效电路。该电路计及了控制参数和控制方式，因此针对采用各种协调控制的换流 站，本发明的电路都能进行精确等效；由于本发明的电路考虑了运行工况，因此当换流站接 入的交流系统或直流系统的工况发生改变，本发明的等效电路都能进行精确等效；此外忽 略了换流阀时间常数，从而在不影响准确性的情况下降低了模型的复杂程度，有利于减少 小干扰分析的计算时间；同时若kp或kudc(n)为0,即换流站采用定直流电压或输出功率控制 时，本发明的等效电路可W直观地对换流站的小干扰阻抗进行简化，有助于将柔性直流系 统简化为一个无源网络W方便小干扰稳定分析:因此本发明的等效电路实现了小干扰分析 中快速性和精确性的平衡。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实例所述的柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路计算智能测控装 置接线示意图。
【具体实施方式】
[0013] 本发明的柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路，尤其适用于在柔性直流电网中 的小干扰逐端分析。下面结合附图1对本发明的具体实施作进一步说明。
[0014] 智能测控装置是目前广泛采用的测控装置，它通常由模拟量采集模块、中央处理 单元、通信模块、人机界面等模块构成。
[0015] 图1表示了一个接入交、直流系统的柔性直流换流站简化模型，本发明方法在智能 装置1中进行计算。智能测控装置1的模拟量采集模块通过交流电压互感器2连接交流电源， 并通过直流电压传感器3和直流电流传感器4连接换流站的直流出口，其通信模块连接控制 装置6的通信模块。柔性直流电网小干扰稳定分析中央处理单元5连接智能测控装置1和VSC 控制装置6的通信模块，同时与柔性直流电网中其他端的智能测控装置和VSC控制装置相 连。
[0016] 智能测控装置1通过人机界面获取换流阀交流侧系统正序电阻、电感及单相换流 电阻、电感，通过模拟量采集回路测量交流电源电压基波相量、直流电压和直流电流，分别 记为113、化〇)、1〇〇)，通过通信模块获取￥5巧空制装置6中采用双环控制的本地控制和协调控制 的控制参数，其中电流内环比例参数记为Kp，积分参数记为Ki，功率外环采用简单的比例环 节控制，比例参数记为Kp2,协调控制的直流电压和输出功率的权重分别记为kudc(n)和kp。 [0017]然后智能测控装置1将Us在dA同步坐标系下进行变换，即令Us = UsdO+j ? UsqO,将 Udco和Idco相乘，得到换流器输出功率为时CO =化coX Idco;同时将换流阀交流侧系统正序电感 和单相换流电感相加得到交流侧总电感Lac,将系统正序电阻和单相换流等效电阻相加得到 交流侧总电阻Rac,并计算电流内环时间常数得到《i=Kp/Lac。之后根据Rl、Ll和R2计算公式， 即可得到柔性直流电网中该换流站等效阻抗的电路。
[0018] 具体的，若该换流站采用下垂控制形式，即kp和kudc(n)均不为0,则其等效阻抗的电 路(未计入换流器直流侧并联电感)的结构为一个电阻值为化的电阻和一个电感值为b的电 感串联，再与一个电阻值为R2的电阻并联，其中化、Li和R2计算公式如下式：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 若该换流站采用的输出功率控制形式，即kudc(n)均为0,则其等效阻抗的电路(未计 入换流器直流侧并联电感）的结构中Ri、Li趋向于-，其等效阻抗即为一个电阻值为R2的电 阻，R2计算公式如下式：
[0023]
[0024] 最后智能测控装置1通过通信模块向小干扰稳定分析中央处理单元5传递本端小 干扰阻抗的等效电路参数Ri、Li和R2的计算结果。通过接收柔性直流电网中各端换流站小干 扰阻抗的等效电路，小干扰稳定分析中央处理单元5在小干扰分析中将一个复杂的多端柔 性直流电网系统简化为一个待分析的换流站(采用详细小干扰分析模型）与一个代表系统 其他部分，由小干扰阻抗组成的无源网络相连的模型，从而在不影响准确性的情况下降低 了模型的复杂程度，实现小干扰分析中快速性和精确性的平衡。当小干扰分析结果为不稳 定时，小干扰稳定分析中央处理单元5向VSC控制装置6发出调整控制参数的信号，W便保持 柔性直流电网系统小干扰稳定性。
[0025] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1. 一种柔性直流换流站小干扰阻抗的等效电路，其特征在于:针对本地控制采用双环 控制，电流内环比例参数为Κρ，积分参数为Κι，功率外环比例参数为Κρ2,直 流侧极间电容为C的换流站，换流站协调控制输出的功率参考值端采用W下数学特性：其中参数kudcW和kp分别为直流电压和输出功率 的下垂控制权重，kudc(n)和kp不同时为0，n为直流电压的指数，化C为换流器直流电压，化Cref为 换流器直流电压参考值，Ps为交流电源输出功率，Psref为交流电源输出功率参考值，换流站 在不同工况下的小干扰阻抗可W通过如下方法得到： 将换流阀交流侧系统正序电感和单相换流电感相加得到交流侧总电感Lac,将系统正序 电阻和单相换流等效电阻相加得到交流侧总电阻Ra。，通过测量获取交流电源电压基波相量 Us，换流器直流电压Udc日，换流器直流侧电流Idco，将Us在d/q同步坐标系下进行变换，即令Us = Usd〇+j · UsqO,换流器输出功率Pdco = Udc〇X Idco;计算电流内环时间常数得到ω i = Kp/Lac; 在不计入换流器直流侧并联电感的情况下，柔性直流电网中换流站的等效阻抗Zt。可W利用 如下等效电路表示，其结构为一个电阻值为R2的电阻和一个电感值为^的电感串联，再与一 个电阻值为R2的电阻并联，其中化、Ll和R2的计算公式如下式：
【文档编号】H02J3/36GK106099967SQ201610318967
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】徐习东, 金阳忻, 王鑫杰, 黄晓明, 陆翌, 裘鹏
【申请人】浙江大学, 国网浙江省电力公司电力科学研究院