一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，属于电力系统建模领域。本发明专利技术针对受端电网侧的需求，根据特高压直流闭锁后极功率转移和无功控制的机理，分别提出了特高压直流闭锁情况下的逆变站有功模型建模方法和无功模型建模方法，并进一步给出了模型中的参数获取方法。该建模方法具有正确性和准确性，可应用于实际交流电网机电过程的仿真研究和工程。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法
本专利技术涉及电力系统建模
，具体涉及一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，此模型可用于研究特高压直流闭锁后对受端的影响，可应用于实际交流电网机电过程的仿真研究与工程。
技术介绍
特高压直流输电(UHVDC)具有输送容量大，输电损耗小，传输距离长等优点，有助于我国实现能源资源的优化配置，因而发展十分迅速，其在我国“西电东送”的战略中发挥了重要的作用。日常运行中直流输电系统换流器故障或直流线路故障会引起直流系统换相失败或直流闭锁，在交直流混联电网中，直流与交流相互影响，交流系统侧短路故障会引起直流系统换相失败甚至直流闭锁故障。但其发生闭锁后，会对受端交流电网造成严重的影响。特高压逆变站发生闭锁后，受端电网受到的影响主要是由该站输出的有功和无功大幅变化造成的。而现如今针对特高压直流闭锁后逆变站输出有功和无功的研究较少，描述其功率变化特性的模型更是缺乏。因而，建立闭锁后逆变站输出功率模型，并且应用于实际交流电网机电过程的仿真研究与工程，可为进一步研究闭锁情况下受端电网的动态影响提供必要的基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，分别提出了特高压直流闭锁情况下的逆变站有功模型建模方法和无功模型建模方法，可应用于实际交流电网机电过程的仿真研究和工程。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，其特征是，功率包括有功功率及无功功率，其中有功功率的建模过程包括以下步骤：步骤S11，单极闭锁后完成极间功率转移，计算健全极所需电流参考值Iref健全极；步骤S12，有功功率为直流电流与直流电压的乘积，当Iref健全极不超过最大允许额定电流Imax，有功输出模型为：其中，P0为正常运行时的逆变站输出的有功功率；t0时刻发生单极闭锁，Pmin闭锁后直流功率降到的最低功率值，τ为极功率转移时间，Iref健全极对应的极电压为电压Ud1；当Iref健全极超过了最大允许额定电流Imax时，有功输出模型为：其中，k为过载运行倍数，tk为过载运行时间，k·Imax对应的极电压为电压Ud2；Imax对应的极电压为电压Ud3；无功功率的建模过程，包括以下步骤：步骤S21，在极功率转移过程中，根据不同阶段的有功功率确定此阶段的无功消耗值Qc；步骤S22，根据当前运行的无功补偿设备组数计算逆变站无功设备补偿无功功率Qf；步骤S23，根据公式Qi＝Qf-Qc计算逆变站输出无功Qi；步骤S24，按照直流系统的无功控制策略判断无功功率是否在允许范围内并进行无功补偿设备的投切，重复以上过程，当无功功率不再变化后，逆变站输出无功模型可得出。进一步的，单极闭锁后健全极所需电流计算公式为：其中，Pref为极功率参考值，P损失为故障极的传输功率，U双极、U健全极分别为运行时的双极电压和健全极电压。进一步的，逆变侧无功消耗计算公式如下：其中，为逆变侧的功率因数，Pd为直流有功，Qc为逆变侧消耗无功功率。进一步的，单组无功补偿装置能够提供的无功功率由以下公式计算：式中，Ui、UN分别为正常运行时交流系统电压与额定交流系统电压；Qf0,QfN分别为正常运行时交流系统电压下的相应无功功率与额定交流系统电压下的无功功率；则无功补偿设备提供的无功功率计算公式为：Qf＝nQf0式中，n为当前投入运行的无功设备组数。进一步的，无功功率的控制方法为：1)当满足Qf-Qc≤Qmin时，无功设备提供的无功不足以弥补换流站消耗的无功，换流站从交流系统吸收无功，此时无功控制发出无功补偿装置投入命令，经过时间t1后投入无功设备；2)当满足Qf-Qc≥Qmax时，无功设备提供的无功多余换流站所消耗的无功，换流站向交流系统注入多余的无功，此时无功控制发出无功补偿装置切除命令，经过时间t2后切除无功设备。进一步的，Ud1、Ud2、Ud3值根据直流系统控制特性图确定。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术在结合特高压直流闭锁后的极功率转移及无功控制原理的基础上，提出了特高压直流闭锁后的逆变站输出模型。针对逆变站输出有功给出了具体的时域数学模型，针对逆变站输出无功给出了详细的无功模型建模流程。该模型具有一定的正确性和有效性，可应用实际交流电网机电过程的仿真研究与工程，有助于更有效地研究特高压直流闭锁后对受端电网的影响。附图说明图1是特高压直流单极闭锁后的极功率转移流程；图2是特高压直流输电系统的基本控制特性；图3是极功率转移过程中健全极的电流参考值变化图；图4是本专利技术建立的有功模型和实测数据的对比；图5是逆变站无功模型的建模流程；图6是逆变器功率特性图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，功率包括有功功率及无功功率，其中有功功率的建模过程包括以下步骤：步骤S11，单极闭锁后完成极间功率转移，计算健全极所需电流参考值Iref健全极；特高压直流输电系统采用双极两端中性点接地方式，每极采用2个12脉动换流器串联的接线方式。双极(正负极)同时运行，当某一极的设备或系统出现问题时，此极称为故障极，相应的另一极称为健全极。当特高压直流系统发生单极闭锁时，完成极间功率转移(PPT)功能，即将故障极的功率转移到健全极上。将故障极的功率转移到健全极上的流程大致如图1所示：双极控制层接收到极功率参考值Pref后，当一极发生闭锁后，故障极处于闭锁状态，而健全极仍处于双极功率控制模式，为了维持传输功率不变，极间功率转移功能将故障极损失的功率P损失送到健全极，健全极将其转换成电流指令Iref补偿后加到本极的电流指令Iref原上以补偿损失的传输功率。最后，双极控制层将电流指令值Iref健全极传送到健全极的换流器控制层。因此，单极闭锁后健全极所需电流计算公式为：其中，Pref为极功率参考值，P损失为故障极的传输功率，U双极、U健全极分别为运行时的双极电压和健全极电压，这些参数都可以根据当前直流系统运行状态直接得到。步骤S12，确定极功率转移过程中不同阶段的有功功率模型。单极闭锁后，健全极的直流电压在逆变站控制方式下会因直流电流的变化而产生一定的变化。如图2控制特性图所示，横坐标Id代表直流电流，纵坐标Ud代表直流电压；α代表整流侧的触发角，γ代表逆变侧的熄弧角。整流侧基本控制特性由定电流特性(图中直线IC段)和定触角α0特性(JI段)组成；逆变侧基本控制特性由定电压特性(BK段)和定电流特性(BE段)组成；正常时由整流器定电流特性决定运行电流，由逆变器定电压特性决定运行电压(即图2中的点A)。在极功率转移过程的不同阶段，健全极的电流参考值会有改变，参见图3所示，即代表定电流控制的IC会移动(移动至各虚线)；运行点A也会因此移动至A′,A″,A″′,各运行点的纵坐标为各自的直流电压。因此，运行点A也会变化，导致直流电压变化。已知直流的有功功率为直流电流与直流电压的乘积，为了模型的精确性，需将直流电压的变化考虑在内。逆变站有功模型的建立准则为直流系统电流与逆变站电压的乘积。当Iref健全极在电流允许范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，其特征是，功率包括有功功率及无功功率，其中有功功率的建模过程包括以下步骤：步骤S11，单极闭锁后完成极间功率转移，计算健全极所需电流参考值I

【技术特征摘要】
1.一种适用于特高压直流闭锁后的逆变站功率建模方法，其特征是，功率包括有功功率及无功功率，其中有功功率的建模过程包括以下步骤：步骤S11，单极闭锁后完成极间功率转移，计算健全极所需电流参考值Iref健全极；步骤S12，有功功率为直流电流与直流电压的乘积，当Iref健全极不超过最大允许额定电流Imax，有功输出模型为：其中，P0为正常运行时的逆变站输出的有功功率；t0时刻发生单极闭锁，Pmin闭锁后直流功率降到的最低功率值，τ为极功率转移时间，Iref健全极对应的极电压为电压Ud1；当Iref健全极超过了最大允许额定电流Imax时，有功输出模型为：其中，k为过载运行倍数，tk为过载运行时间，k·Imax对应的极电压为电压Ud2；Imax对应的极电压为电压Ud3；无功功率的建模过程，包括以下步骤：步骤S21，在极功率转移过程中，根据不同阶段的有功功率确定此阶段的无功消耗值Qc；步骤S22，根据当前运行的无功补偿设备组数计算逆变站无功设备补偿无功功率Qf；步骤S23，根据公式Qi＝Qf-Qc计算逆变站输出无功Qi；步骤S24，按照直流系统的无功控制策略判断无功功率是否在允许范围内并进行无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，张毅明，鞠平，熊浩清，程晓絮，陈军，韩敬东，吴峰，陈广巍，代飞，陈谦，
申请(专利权)人：河海大学，国家电网公司，国网河南省电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32