直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法及系统

本发明属于电网，尤其涉及直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在沙漠戈壁等偏远地区建设大规模新能源场站时，需要经高压直流输电送往东部负荷集中地区，由于这些新能源场站位于电网末端，电网强度弱，由直流闭锁引发的暂态过电压峰值高，上升迅速，容易造成新能源大规模脱网，引发连锁反应危害电力系统安全。

3、为了避免暂态过电压引发的新能源大规模脱网，需要及时对过电压进行抑制，所以必须在当前稳态运行下对直流闭锁暂态过电压发展过程进行在线分析，在过电压产生初期就可以准确判断后期将达到的峰值，为后续是否触发暂态过电压紧急抑制措施提供理论依据。

4、由于弱电网直流闭锁引发的送端母线暂态过电压发展速度快，通过通信来指导紧急控制措施无法达到控制的实时性要求，需要基于本地的电气量量测值确定控制措施的启动和调控量。现有的文献从不同调控主体的角度研究了直流闭锁暂态过电压的抑制方法，其控制措施的启动取决于所监视电气量是否超过某一阈值，再基于实时量测的电气量变化确定调控量，存在一定的滞后性。为保证控制措施能够及时响应，需要在暂态过电压达到风机脱网阈值前依据本地的电气量测值进行预判，为抑制措施的及时启动与调控量的选择争取时间并提供指导。

5、依据送端交流系统的短路比和无功盈余量，有简单的估算法来大致计算直流闭锁时的暂态过电压水平。文献“曹生顺,张文朝,王蒙等.大容量直流发生功率大扰动时送端风机暂态过电压快速分析方法研究[j].高电压技术,2017,43(10):3300-3306.doi:10.13336/j.1003-6520.hve.20170925020”通过单支路压降法，考虑有功功率的影响，推导了直流功率扰动时换流母线的暂态过电压。还存在文献根据系统稳态传输功率对交流系统进行戴维南等值，并考虑了暂态过程中静态无功补偿器补偿容量随电压升高的特性，推导了暂态过电压的解析表达式，但是在低短路比弱电网场景下没有实解。文献“尹纯亚,李凤婷,周识远等.基于无功功率短路比的直流闭锁暂态过电压计算方法[j].电力系统自动化,2019,43(10):150-154+161”提出一种适用于送端低短路比情况下的直流闭锁过电压计算方法。

6、上述分析方法由于没有涉及暂态过电压的时域特征，不能给出到达峰值过程的响应特性，难以根据过电压初始阶段的发展特征预判峰值，难以对暂态过电压抑制措施的触发机制提供依据。所以，通过实时获取当前系统运行状态，如何对直流闭锁产生的暂态过电压进行在线分析，给出其响应的时域特征，成为了亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，所提直流闭锁后送端换流母线电压响应曲线的在线计算方法具有准确性和快速性。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、第一方面，公开了直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，包括：

4、依据当前稳态运行状况确定直流闭锁后的等效模型；

5、根据等效模型建立送端系统微分方程组；

6、以稳态运行参数求得微分方程组初值再进行数值求解，得出直流闭锁后换流母线三相电压时域响应曲线，从而获得电压有效值时域响应曲线。

7、作为进一步的技术方案，确定直流闭锁后的等效模型时，将换流变连同交流系统进行戴维南等值，获得直流闭锁后的等效模型。

8、作为进一步的技术方案，所确定的直流闭锁后的等效模型包含送端交流系统、第一滤波器、第一滤波器以及无功补偿电容；

9、所述第一滤波器、第一滤波器以及无功补偿电容均连接至换流母线。

10、作为进一步的技术方案，根据等效模型建立送端系统微分方程组时，对等效模型中的每个电容电压和电感电流列写微分方程，结合电路基尔霍夫定律，直流闭锁后的电压时域响应即为描述该等效模型的非齐次一阶线性微分方程组的解。

11、作为进一步的技术方案，以稳态运行参数求得微分方程组初值再进行数值求解时，设直流闭锁发生时电源的a相电压相位为0，则得b相c相电压相位分别为和故通过直流闭锁前的交直流系统潮流断面求出直流闭锁时系统的三相电气参数瞬时值，以每一相的电气参数作为微分方程组初值，分别通过微分方程组进行数值求解即可得出直流闭锁后的换流母线的三相电压时域响应曲线。

12、作为进一步的技术方案，将算出的三相电压瞬时值的响应曲线转化为三相电压有效值时域响应曲线。

13、本实施例子所述方法首先计算三相电压瞬时值的响应曲线(正弦交流波形)，然后采用计算有效值的公式将三相电压瞬时值转换成有效值(非周期波形)，从而更直观地得到电压的响应情况。

14、由于三相电压的瞬时值波形相位依次相差120°，所以需要对三相电压瞬时值响应曲线进行分别计算。

15、作为进一步的技术方案，计算方法具体如下：

16、

17、

18、其中，utp(t)是t时刻三相电压瞬时值的均方值，ua(t)、ub(t)、uc(t)分别是t时刻的a、b、c相电压瞬时值，urms(t)是t时刻的三相电压有效值，nsam是交流电压有效值计算中一个周期的采样点数，δt是采样间隔时间。

19、第二方面，公开了直流闭锁后弱电网送端换流母线电压响应曲线在线计算系统，包括：

20、等效模型建立模块，被配置为：依据当前稳态运行状况确定直流闭锁后的等效模型；

21、送端系统微分方程组，被配置为：根据等效模型建立送端系统微分方程组；

22、电压有效值时域响应曲线，被配置为：以稳态运行参数求得微分方程组初值再进行数值求解，得出直流闭锁后换流母线三相电压时域响应曲线，从而获得电压有效值时域响应曲线。

23、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

24、本发明技术方案依据当前稳态运行状况确定直流闭锁后的系统等效模型；依据等效模型建立送端系统微分方程组，并以稳态运行参数求得微分方程组初值并进行数值求解，得出直流闭锁时换流母线三相电压时域响应曲线；最后根据三相电压响应曲线求解得到三相电压有效值时域响应曲线，为后续抑制暂态过电压的紧急控制触发机制奠定理论基础。

25、本发明技术方案搭建的直流送出系统仿真模型，在各种工况下进行测试验证，表明了所提直流闭锁后送端换流母线电压响应曲线的在线计算方法的准确性和快速性。本发明技术方案实时获取送端系统的当前运行参数后，采用本文所述方法快速计算在当前运行状态下发生直流闭锁时的暂态电压时域响应曲线，并跟随运行参数变化进行在线实时更新。

26、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，确定直流闭锁后的等效模型时，将换流变连同交流系统进行戴维南等值，获得直流闭锁后的等效模型。

3.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，所确定的直流闭锁后的等效模型包含送端交流系统、第一滤波器、第一滤波器以及无功补偿电容；

4.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，根据等效模型建立送端系统微分方程组时，对等效模型中的每个电容电压和电感电流列写微分方程，结合电路基尔霍夫定律，直流闭锁后的电压时域响应即为描述该等效模型的非齐次一阶线性微分方程组的解。

5.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，以稳态运行参数求得微分方程组初值再进行数值求解时，设直流闭锁发生时电源的a相电压相位为0，则得b相c相电压相位分别为和故通过直流闭锁前的交直流系统潮流断面求出直流闭锁时系统的三相电气参数瞬时值，以每一相的电气参数作为微分方程组初值，分别通过微分方程组进行数值求解即可得出直流闭锁后的换流母线的三相电压时域响应曲线。

6.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，将算出的三相电压瞬时值的响应曲线转化为三相电压有效值时域响应曲线。

7.如权利要求1所述的直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法，其特征是，计算方法具体如下：

8.直流闭锁后弱电网送端换流母线电压响应曲线在线计算系统，其特征是，包括：

9.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7任一所述的方法的步骤。

技术总结
本发明提出了直流闭锁送端换流母线电压响应曲线在线计算方法及系统，包括：依据当前稳态运行状况确定直流闭锁后的等效模型；根据等效模型建立送端系统微分方程组；以稳态运行参数求得微分方程组初值再进行数值求解，得出直流闭锁后换流母线三相电压时域响应曲线，从而获得电压有效值时域响应曲线。

技术研发人员：贠志皓,王润东
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1