一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法技术方案

本发明专利技术属于电力系统仿真培训领域，尤其涉及一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法。所述方法包括如下步骤：所述方法包括如下步骤：(1)建立电压源换流器(VSC)的模型；(2)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式计算直流网络；(3)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式修正交流网络功率方程；(4)计算交流网络；(5)输出结果。本发明专利技术建立了换流器的数学模型，并模拟换流器的各种控制方式，采用交替求解法来求解多端柔性直流输电系统，实现了多端柔性直流输电电网仿真功能，为多端柔性直流输电仿真培训系统平台的建立奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统仿真培训领域，尤其涉及一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法。
技术介绍
随着以风电、太阳能等可再生能源为主的分布式发电的迅猛发展，以及海上风电场、孤立电网等采用直流并网的需求增长，同时电力电子器件和相关控制技术的快速发展，柔性直流输电技术日益受到重视，是直流输电技术发展的一个重要方向。自1997年第一个柔性直流输电工程投入工业试验运行以来,至今已有多个工程投入商业运行,主要用于风电并网、电网互联、为海上钻井平台供电等领域。VSC-MTDC输电系统，由3个及以上换流站及连接换流站的高压直流输电线路所组成，能够实现多个电源区向多个负荷中心供电。多端柔性直流输电系统中的换流站既可作为整流站运行，也可作为逆变站运行，运行方式更加灵活，越来越被广泛应用。随着柔性直流输电技术的应用，对柔性直流输电的仿真培训也越来越重视，但在实际中，缺少柔性直流仿真系统，对相关运行人员的培训还是以理论为主，缺少与实际操作类似的仿真平台开展培训。要建立VSC-MTDC仿真系统，需要先实现VSC-MTDC电网仿真。VSC-MTDC是交直流混合系统，是基于电压源换流器VSC(VoltageSourcedConverter)的新型直流输电系统，与传统的HVDC换流器有本质区别，传统的交直流系统潮流计算方法不能在VSC-MTDC输电系统直接使用，所以应该建立VSC-MTDC输电系统的交直流计算方法,实现多端柔性直流系统的电网仿真。交直流混合系统计算一般有交替求解法和统一求解法。统一求解法一次求解中同时求解交流和直流变量，建立方程比较困难，计算较为复杂。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术建立换流器的模型，根据换流器的控制方式，采用交替求解法实现VSC-MTDC输电系统的电网仿真。为实现上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法，所述方法包括如下步骤：(1)建立电压源换流器(VSC)的模型；(2)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式计算直流网络；(3)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式修正交流网络功率方程；(4)计算交流网络；(5)输出结果。进一步地，在所述步骤(1)中，(1)电压源换流器(VSC)原理在一端柔性直流输电系统结构中，交流母线电压基波相量为其有效值是Us，换流器输出电压基波相量为其有效值是Uc，滞后于的角度为δ，换流变压器的漏抗为X，当忽略电压源换流器(VSC)和换流变压器内部损耗，以及系统谐波分量时，电压源换流器(VSC)和交流系统交换的功率可写成：Ps＝(UsUc/X)sinδ(1)Qs＝Us(Us-Uccosδ)/X(2)电压源换流器(VSC)必须满足：Pc＝UdId(3)Uc＝kMUd(4)式中，Ud为直流电压，Id为直流线路电流，k为直流电压利用率，M为调制比；所述有功功率Ps的传输主要取决于δ，无功功率Qs的传输主要取决于Uc，改变δ和M就可以控制有功功率的大小和方向；电压源换流器(VSC)一般采用PWM控制方式，通过控制调制比M和移相角δ就可以控制换流站吸收或发出无功功率和有功功率；(2)电压源换流器(VSC)控制方式VSC的控制方式直接表现为控制直流电压、有功功率，控制交流电压、无功功率；VSC的控制方式包括以下几种：e.定直流电压Ud、交流无功功率Qs控制；f.定直流电压Ud、交流母线电压Us控制；g.定直流有功功率Pd、交流无功功率Qs控制；h.定直流有功功率Pd、交流母线电压Us控制；(3)电压源换流器(VSC)模型根据电压源换流器的对结构参数以及控制方式，建立的电压源换流器数学模型如下表所示：进一步地，在所述步骤(2)中，多端直流网络，用节点方程表示为：Id＝GUd(5)式中，G为直流网络的节点导纳矩阵，对角线元素Gii为节点i的自导纳，其值等于接于节点i的所有支路导纳之和，非对角线元素Gij称为节点i和节点j之间的互导纳，它等于节点i和节点j之间的支路导纳的负值，若节点i和节点j之间的不存在支路，则Gij＝0；Id为直流电流相量是节点i的注入电流相量；Ud为直流电压相量；是节点i的电压相量；m是节点数；在多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统中，VSC的直流控制方式包括定直流电压Ud控制和定直流有功功率Pd控制，必须选用一端作为定直流电压Ud控制，其余端作为定直流有功功率Pd控制；对端数为n的柔性直流(VSC-MTDC)输电系统，把定电压控制端节点电压作为理想电压源，其值为参考电压Udref的标么值，根据基尔霍夫定律，把Udref作为已知量，可以建立节点数为n-1的如公式(5)所示的节点网络方程；定直流有功功率控制端节点，把有功功率参考值Pdref，作为注入功率，转化为等效支路导纳，并合入节点导纳矩阵G的对应对角元素Gii；采用高斯消去法直接求解直流网络节点方程(5)，计算各节点电压和电流Ud和Id，继而根据直流电压和电流求解注入换流器的有功功率。Pd＝UdId(6)进一步地，在所述步骤(3)中，又包括以下步骤：(1)根据直流计算有功功率修正节点的有功功率方程直流网络的计算得到的有功功率作为交流系统的注入等效功率计算，根据计算结果去修正换流器交流侧节点的有功功率方程为：式中，Us、Uj是交流系统节点s和节点j的的电压，Gsj、Bsj是s、j之间的电导和电纳，δsj是s、j之间的电压相角差；(2)根据VSC交流控制方式修正节点的功率方程和节点类型所述VSC可以实现对交流系统的电压的无功功率的控制；根据控制方式，需要对交流网络功率方程进行修正，或是对交流节点计算类型进行修改，控制方式如下：c.交流无功功率Qs控制方式交流无功功率Qs控制方式，设定了交流母线的节点s的无功功率参考值为Qsref，因此，对于交流母线节点s的注入功率方程可修正为：d.交流母线电压Us控制方式交流母线电压Us控制方式，相当于控制交流母线的节点s的无功Us为Usref，只要把节点s从PQ节点改成PV节点即可。进一步地，在所述步骤(4)中，通过直流网络的计算结果和VSC控制方式，修正完交流网络节点功率方程后，即可进行交流网络计算，可以采用牛顿-拉夫逊法或PQ分解法常用的潮流计算方法进行求解；通过所述交流网络潮流计算可计算出各节点电压、电流、功率，包括VSC交流侧电压和无功功率，即VSC的吸收或发出的无功功率。进一步地，在所述步骤(5)中，根据直流和交流网络的计算结果，根据公式(4)，还可计算出调制比M，并把交直流网络计算结果输出。本专利技术的有益效果在于：本专利技术建立了换流器的数学模型，并模拟换流器的各种控制方式，采用交替求解法来求解多端柔性直流输电系统，实现了多端柔性直流输电电网仿真功能，为多端柔性直流输电仿真培训系统平台的建立奠定了基础。本专利技术提出的多端柔性直流输电系统电网仿真方法，根据VSC换流器的特性和控制方式，以及交直流电网的特点，建立的计算模型和方法，更为简单容易实现，并且已经通过仿真系统的实现验证了该方法的有效性。附图说明图1是多端柔性直流输电系统网络结构图；图2是柔性直流输电系统计算流程图；图3是一端柔性直流输电系统结构。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方案作详细的阐述。柔性直流输电系统作为新一代的直流输电技术，由换流站、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)建立电压源换流器(VSC)的模型；(2)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式计算直流网络；(3)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式修正交流网络功率方程；(4)计算交流网络；(5)输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)建立电压源换流器(VSC)的模型；(2)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式计算直流网络；(3)根据电压源换流器(VSC)模型的控制方式修正交流网络功率方程；(4)计算交流网络；(5)输出结果。2.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，(1)电压源换流器(VSC)原理在一端柔性直流输电系统结构中，交流母线电压基波相量为其有效值是Us，换流器输出电压基波相量为其有效值是Uc，滞后于的角度为δ，换流变压器的漏抗为X，当忽略电压源换流器(VSC)和换流变压器内部损耗，以及系统谐波分量时，电压源换流器(VSC)和交流系统交换的功率可写成：Ps＝(UsUc/X)sinδ(1)Qs＝Us(Us-Uccosδ)/X(2)电压源换流器(VSC)必须满足：Pc＝UdId(3)Uc＝kMUd(4)式中，Ud为直流电压，Id为直流线路电流，k为直流电压利用率，M为调制比；所述有功功率Ps的传输主要取决于δ，无功功率Qs的传输主要取决于Uc，改变δ和M就可以控制有功功率的大小和方向；电压源换流器(VSC)一般采用PWM控制方式，通过控制调制比M和移相角δ就可以控制换流站吸收或发出无功功率和有功功率；(2)电压源换流器(VSC)控制方式VSC的控制方式直接表现为控制直流电压、有功功率，控制交流电压、无功功率；VSC的控制方式包括以下几种：a.定直流电压Ud、交流无功功率Qs控制；b.定直流电压Ud、交流母线电压Us控制；c.定直流有功功率Pd、交流无功功率Qs控制；d.定直流有功功率Pd、交流母线电压Us控制；(3)电压源换流器(VSC)模型根据电压源换流器的对结构参数以及控制方式，建立的电压源换流器数学模型如下表所示：3.根据权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统的电网仿真实现方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，多端直流网络，用节点方程表示为：Id＝GUd(5)式中，G为直流网络的节点导纳矩阵，对角线元素Gii为节点i的自导纳，其值等于接于节点i的所有支路导纳之和，非对角线元素Gij称为节点i和节点j之间的互导纳，它等于节点i和节点j之间的支路导纳的负值，若节点i和节点j之间的不存在支路，则Gij＝0；Id为直流电流相量是节点i的注入电流相量；Ud为直流电压相量；是节点i的电压相量；m是节点数；在多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统中，VSC的直流控制方式包括定直流电压Ud控制和定直流有功功率Pd控制，必须选用一端作为定直流电压Ud控制，其余端作为定直流有功功率Pd控制；对端数为n的柔性直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋越梅，徐洪伟，张海梁，高峰，宋琴，徐正清，张琳，杨选怀，王应宇，马群，秦科源，王炎军，王兰香，郭鸿，
申请(专利权)人：北京科东电力控制系统有限责任公司，国网浙江省电力公司培训中心，
类型：发明
国别省市：北京;11