流系统电压为500kV，两条直流的电压为±SOOkV，其中汽轮机Gl通过出口变压 器升压至系统电压，通过交流线连接到换流站，两个换流站之间也通过交流线实现电气联 系。整流侧和逆变侧的交流网络等值为带阻抗的恒定电压源。两条直流线路完全对称， HVDCl及HVDC2的额定输送功率均为8000丽，均为双极12脉动。整流侧触发角为15°，逆变侧 焰弧角17°，整流侧采用定电流控制，Kr = 1.0，Tr = 0.01;逆变侧采用定焰弧角控制，Ki = 0.5，Ti = 0.0 15;直流线路Ldc = 0.0 6H。图中整流站交流侧结构也是对称的，即系统等值阻抗 Zacl - ZacS ? Zccl - Zcc2 〇
[0067] 由于等值简化的目的是便于分析待研究直流参数变化时对系统电气阻尼特性的 影响规律，而影响系统电气阻尼特性的主要因素包括HVDC系统的触发方式、整流侧的调节 方式、整流侧控制器参数、HVDC系统输送功率、直流线路参数、整流侧触发角W及HVDC换流 站的无功补偿等。因此验证的规则是对比两直流换流站详细建模与等值简化模型时在不同 换流站控制参数下机组G的电气阻尼频率特性。如果两种情况下电气阻尼频率特性一致，贝U 认为等值简化模型合理。
[0068] (1)整流侧控制参数变化时等值模型的有效性验证
[0069] 校验HVDC2整流侧控制参数变化时，HVDCl等值简化模型是否合理。分别用详细建 模和等值建模两种方法绘制其电气阻尼特性曲线。
[0070] 1)改变整流侧PI调节器的比例放大系数Kr，取化2 = 0.01保持不变，分别取Kr2 = 1 和Kr2 = 2,通过编程计算得到两组电气阻尼曲线如图6所示，对比可知，对于相同的控制器 参数，在次同步频段，两种方法的电气阻尼曲线基本一致，等值简化模型是合理的；比例放 大系数变大，虽然两种计算方法的误差有较小的增大，但仍在合理范围之内。
[0071] 2)改变整流侧PI调节器积分时间常数化。取Kr2 = 1保持不变，分别取化2 = 0.01和 Tr2 = 0.02，通过编程计算得到两组电气阻尼曲线如图7所示，对比可知，对于相同的控制器 参数，在次同步频段，两种方法的电气阻尼曲线基本一致，等值简化模型是合理的；积分时 间常数变大，在10化W下计算误差变大，但仍在合理范围之内。
[0072] (2)逆变侧控制参数变化时等值模型的有效性验证
[0073] 1)改变逆变侧PI调节器的比例放大系数Ki,取Ti 2 = 0.015保持不变，分别取Ki 2 = 0.5和Ki2 = 1.5，通过编程计算得到两组电气阻尼曲线如图8所示，对比可知，对于相同的控 制器参数，在次同步频段，两种方法的电气阻尼曲线基本一致，等值简化模型是合理的；比 例放大系数变大，计算误差基本不变，仍在合理范围之内，因此等值简化模型是合理的。
[0074] 2)改变逆变侧PI调节器积分时间常数Ti。取Ki2 = 0.5保持不变，分别取Ti2 = 0.015和Ti2 = 0.03,通过编程计算得到两组电气阻尼曲线如图9所示，对比可知，对于相同 的控制器参数，在次同步频段，两种方法的电气阻尼曲线基本一致，等值简化模型是合理 的；积分时间常数变大，计算误差基本不变，仍在合理范围之内，因此等值简化模型是合理 的。
[0075] (3)直流线路电抗变化时等值模型的有效性验证
[0076] 保持系统其它参数不变，只改变直流线路电抗，通过编程计算得到两组电气阻尼 曲线如图10所示。分析可知，等值前后电气阻尼变化趋势和数值均几乎相同，在工程实际的 接受范围之内，因此认为该等值方法是合理的。应用电气阻尼曲线分析次同步振荡风险，一 般重点关注在20化W下出现负阻尼频段，从W上计算对比可W看出，在5到40化之间，等值 前后电气阻尼变化趋势一致，数值上有差异，但对判断次同步振荡风险分析的准确性没有 影响，因此可W认为该等值简化模型是合理的。
[OOW]通过上述验证可知，对称的多换流站系统的特征值可由两类等效简化的单换流站 系统来确定，此举可有效降低研究系统的维数、减少计算量，且完整地保留了原系统的特征 值信息。等效的单机对无穷大公共母线系统不受线路串补度或电网结构变化的影响。机组 与两回直流的相互作用的稳定性主要取决于修正的单回直流系统。
[0078]应用电气阻尼特性曲线分析次同步振荡风险时，一般重点关注在20化^下出现负 阻尼频段，通过校验直流换流站控制器参数变化时等值简化模型的有效性，从W上分析对 比可W看出，在5到40化之间，等值前后电气阻尼变化趋势一致，数值上有差异，但对判断次 同步振荡风险分析的准确性没有影响。因此可W认为该等值简化模型是合理的，故在分析 次同步扭振时该实际系统模型可简化为图4所示的模型，W减小仿真建模时的规模，提高仿 真速度。
【主权项】
1. 一种基于电气解禪的发电机组经两直流送出系统模型简化方法，其特征在于，包括 W下步骤： (1) 将发电机组经两直流送出系统划分成3部分，即，待研究机组，HVDC1系统和HVDC2系 统； (2) 将两直流换流站的实际电力系统所有的状态变量分为Ξ部分，分别是发电机电磁 回路、励磁系统W及发电机出口母线电压状态变量，直流换流站HVDC1及其送端电网、受端 电网状态变量，直流换流站HVDC2及其送端电网、受端电网状态变量;列写各部分状态变量 如下所示： ① 发电机侧状态变量Xgi如式(1)所示：其中，Xgi是待研究发电机G1电磁回路的状态变量；Δ Φ表示状态变量为磁通，下标1表示 待研究发电机G1;交流abc坐标系统经派克变换后得到旋转dqO坐标系统，下标d、q、g分别代 表发电机直轴、交轴和等效的零轴；下标D、Q、f分别代表直轴阻尼绕组、交轴阻尼绕组和励 磁绕组； 姑1是待研究发电机G1励磁系统状态变量；A xh、Δ χ?2、Δ xlf的选取是根据励磁系统的 简化传递函数图得到的，其中xlf是励磁电压，xh、xl2是传递变量； Xacuo是待研究发电机G1出口母线电压的状态变量，对母线A侧对地电容线性化所得，是 电压量，下标0代表发电机，W区分换流站HVDC1、HVDC2侧中的交流系统的状态变量下标表 示;UA、辦指与待研究发电机G1相连的母线A的电压和相角； ② 换流站HVDC1侧的状态变量Xdci如式(2)所示：其中，Xdci是换流站HVDC1侧直流系统的状态变量;整流侧采用定电流控制，逆变侧采用 定焰弧角控制；id为直流电流，α。为触发延迟角，β〇为触发超前角，下标1表示换流站HVDC1， Xacui是换流站HVDC1侧送端交流系统的状态变量，分为电压量，即接地电容状态变量，和 电流量，即输电线路状态变量，下标1代表换流站HVDC1系统;加、％、uc、％。指整流侧母线B 和逆变侦姆线C的电压和相角；iabx、iaby代表HVDC1整流侦赔地电容上流过的电流iab的X、y轴 分量， XACIacl是HVDC1侦授端交流系统的状态变量;icmtlx表示母线B流向等值电源1的电流，ia。 表示母线C流向等值电源2的电流;下标1表示HVDC1系统，X、y表示电流在X轴与y轴的分量； ③ 换流站HVDC2侧的状态变量Xdc2如式(3)所示：其中，XDC2是换流站HVDC2侦幢流系统的状态变量;整流侧采用定电流控制，逆变侧采用 定焰弧角控制；id为直流电流，α。为触发延迟角，β〇为触发超前角，下标2表示换流站HVDC2， XACU2是换流站HVDC2侧送端交流系统的状态变量，分为电压量(接地电容状态变量)和电 流量(输电线路状态变量），下标2代表换流站HVDC1系统;UD、巧。:、地、煤￡指整流侧母线D和逆 变侧母线Ε的电压和相角；iadx、iady代表HVDC2整流侧接地电容上流过的电流iad的X、y轴分 量， XACI3E2是HVDC2侦授端交流系统的状态变量;icmtlx表示母线D流向等值电源3的电流，ia。 表示母线E流向等值电源4的电流;下标2表示HVDC2系统，x、y表示电流在X轴与y轴的分量； (3) 根据(2)中分类得到的状态变量列写状态方程，表示成矩阵形式，如(4)-(7)所示：其中，片,1 = 不《 + 代表方程组：(4) 分析上述矩阵方程，由于换流站HVDC1和换流站HVDC2结构对称，因此矩阵A是一个 对称矩阵；由于相似矩阵具有相同特征根，并且通过矩阵变化后原系统的特征信息被保留， 因此，采用矩阵变换的方法，将两直流换流站系统进行等值简化，简化为两个独立的直流系 统： 选取正交变化矩阵如式(8)所示，其中Ii和Ig为单位矩阵，维数分别与All和Agg相等，求出矩阵A的相似矩阵B如式（10)所 示：(10) (5)分析矩阵A、B， 其中矩阵B为分块矩阵，并且两个矩阵块相互独立，表示两个独立运行的系统；其中一 个系统等价于直流换流站HVDC1与无穷大母线相连，实现与机组的扭振互作用解禪;另一个 系统等价于直流换流站HVDC2先将接口中的互作用系数放大一倍，再经由线路与发电机连 接。2.根据权利要求1所述的基于电气解禪的发电机组经两直流送出系统模型简化方法， 其特征在于，步骤(5)中，矩阵A和矩阵B的特征值相等，采用特征根方法分析扭振互作用分 析，保留原有系统的特征信息，即，扭振频率W及扭振模态阻尼信息;在分析次同步扭振时， 将两直流换流站系统进行等值简化。
【专利摘要】本发明公开了一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法。该方法主要适用于两直流换流站系统相互对称的网络结构，通过该方法的等值简化，实现在等值前后发电机组电气阻尼特性不变的情况下将两直流换流站系统简化为两个独立的直流系统，实现两直流系统的解耦，降低了系统维数。在研究次同步振荡(SSO)问题时，系统所有元件需采用详细的电磁暂态模型，包括交流系统，输电线路，发电机电气部分，多质量块轴系模型，励磁系统，调速器，电力系统稳定器，直流系统等。本发明提出的一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法，实现仿真模型的简化。
【IPC分类】H02J3/24, H02P9/36
【公开号】CN105552931
【申请号】CN201510989062
【发明人】梁福波, 拜润卿, 郑伟, 智勇, 秦睿, 陈仕彬, 肖仕武, 韩书梅
【申请人】国网甘肃省电力公司电力科学研究院, 国网甘肃省电力公司, 国家电网公司, 华北电力大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月24日