一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法及系统，首先建立了交直流混联系统的网络结构保持模型，其中同步发电机采用6阶机电模型，直流采用标准电磁模型，其次根据普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，确定交直流混联系统的暂态能量函数；再次采用梯形积分路径法计算故障后交直流混联系统的能量函数变化曲线，利用能量函数变化曲线，分析获得交直流混联系统的暂态稳定判据，最后采用二分法快速计算系统的极限切除时间，实现了交直流混联系统暂态稳定裕度评估。本发明专利技术在交流故障引发直流逆变侧发生换相失败场景下，准确地实现对交直流混联系统的暂态稳定裕度的评估。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法及系统
本专利技术涉及交直流混联系统
，特别是涉及一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法及系统。
技术介绍
由于能源基地和负荷中心在逆向分布，基于LCC-HVDC的直流输电技术凭借其高效、低成本的特点，成功应用于远距离大容量电力传输领域。自从该输电技术在瑞典首次投入商业运行以来，全球已建成近200个高压直流输电项目。在中国，区域电网之间已通过交、直流输电线路实现了互联，其中直流输电线路占了输电容量的1/3。但是，当逆变站附近的交流输电线路受到干扰，导致直流逆变器发生换相失败的概率很大。交流故障同时伴随换相失败将严重威胁电力系统的安全稳定运行。因此，在交直流混联系统暂态稳定裕度评估中不能忽视交流故障引发的直流换相失败，而暂态稳定裕度的快速、准确计算将有利于系统的在线动态安全评估(DynamicSecurityAssessment，DSA)。时域仿真(TimeDomainSimulation，TDS)在在线动态安全评估中起着重要的作用。然而，采用TDS进行电力系统暂态稳定裕度评估时，既不方便又耗时。直接法有作为在线动态安全评估组成部分的潜力，可用于关键故障的快速筛查。并且，作为电力系统暂态稳定评估直接法不可缺少的一部分，能量函数法既可以从能量的角度定量评价故障后系统的稳定性，又可以快速确定故障后系统的暂态稳定状态。在交直流混联系统暂态稳定裕度评估领域，提出了不同类型的能量函数，可以将它们大致分为两类：一类是基于收缩导纳矩阵模型的能量函数，另一类是基于网络结构保持模型的能量函数。在第一类中，直流系统的处理方法各不相同。第一种处理方法将直流换流器等效为相应母线上的恒流型负载，并采用分布因子消除了恒流型负载对发电机内节点的影响。第二种处理方法在推导能量函数时，考虑了低压限流控制(VoltageDependentCurrentOrderLimiter，VDCOL)。第三种处理方法采用微分方程来描述直流系统的动态行为，提高了基于能量函数的暂态稳定评估精度。然而，收缩导纳矩阵模型的灵活性较差，在推导能量函数时所采用的直流系统模型也不够精准，导致暂态稳定裕度的评估也不够精准。在第二类中，一种方法是基于网络结构保持模型推导交直流混联系统的能量函数，用以故障后系统的暂态稳定评估，其中直流模型既可以简化，又可以用详细模型来表示。另一种方法是在推导能量函数时，将直流换流器建模为基于换流器母线电压和直流电流的负载，并考虑了控制模式的切换。然而，在该类中建立的直流系统模型也不够精准，无法用以详细刻画故障后直流系统的动态行为，如可能对交直流混联系统暂态稳定性带来显著影响的交流系统扰动引发的直流换相失败。因此，现有技术在确定能量函数时换相失败很少被考虑，使得暂态稳定裕度的评估不够精准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法及系统，以在交流故障引发直流逆变侧发生换相失败场景下，准确地实现对交直流混联系统的暂态稳定裕度的评估。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，所述方法包括：根据直流系统的直流标准电磁模型和同步发电机的六阶机电模型，构建交直流混联系统的网络结构保持模型；建立交直流混联系统的普适能量函数模型；根据所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，获得改写后的六阶机电模型和改写后的网络结构保持模型；构建直流系统能量函数；根据改写后的六阶机电模型、改写后的网络结构保持模型和直流系统能量函数，确定交直流混联系统的暂态能量函数；根据交直流混联系统的暂态能量函数，采用梯形积分路径法计算故障后交直流混联系统的能量函数变化曲线；根据所述能量函数变化曲线，分析获得交直流混联系统的暂态稳定判据；基于交直流混联系统的暂态稳定判据，采用二分法计算交直流混联系统的极限切除时间，并将所述极限切除时间作为交直流混联系统的暂态稳定裕度指标。进一步地，所述交直流混联系统的普适能量函数模型为其中，x为状态变量，Vb为标量函数，A为第一系数矩阵，B为第二系数矩阵，C为关于状态变量x的向量。进一步地，根据所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，获得改写后的六阶机电模型和改写后的网络结构保持模型，具体包括：利用所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型进行改写，获得改写后的六阶机电模型为其中，θj和ωj分别为第j个同步发电机相对于惯性中心的功角和角速度，Mj为第j个同步发电机的惯性系数，D为阻尼系数，Vb为标量函数，Eqj和Edj分别为第j个同步发电机关于q轴和d轴上的状态变量，Aqj和Bqj分别为第j个同步发电机关于q轴状态变量的第一系数矩阵和第二系数矩阵，Adj和Bdj分别为第j个同步发电机关于d轴状态变量的第一系数矩阵和第二系数矩阵，Cqj为第j个同步发电机关于q轴状态变量的向量；利用所述普适能量函数模型对交直流混联系统的网络结构保持模型，获得改写后的网络结构保持模型为其中，Pi和Qi分别为第i条母线注入交直流混联系统的有功功率和无功功率，PLi和QLi分别为第i条母线所连负荷的有功功率和无功功率，Pdi和Qdi分别表示第i条母线为换流母线时的有功功率和无功功率，φi为第i条母线的相角，Ui为第i条母线的电压，ξ为换流母线判别系数，当第i条母线为换流母线时，ξ＝1；当第i条母线不为换流母线时，ξ＝0。进一步地，所述构建直流系统能量函数，具体包括：将直流系统中的换流器等效建模为换流母线上的附加负荷，构建的直流系统能量函数为其中，Vdck为直流系统中第k条换流母线的势能，Pdk和Qdk分别为直流系统中第k条换流母线的有功功率和无功功率，Uks和φks分别为直流系统中第k条换流母线的电压幅值和相角在平衡点xs处的取值，Uk为直流系统中第k条换流母线的电压，φk为直流系统中第k条换流母线的相角。进一步地，所述交直流混联系统的暂态能量函数为其中，V为交直流混联系统的暂态能量，Vpk为暂态动能，Vpe为暂态势能，Vb+Vd+Vq为交流系统的暂态势能，Vdc是直流系统的势能，Vd为同步发电机d轴的势能，Vq为同步发电机q轴的势能，Vqj和Vqjs分别为第j台同步发电机q轴状态变量势能及其在平衡点xs处的取值，Vdj和Vdjs分别为第j台同步发电机d轴状态变量势能及其在平衡点xs处的取值，m为交直流混联系统中同步发电机母线的数量，l为交直流混联系统中换流母线的数量，Vbr和Vbrs分别为第r个标量及其在平衡点xs处的取值，r＝1,2,3,4,5,6，Vb1和Vb1s分别为全部同步发电机转子位能及其在平衡点xs处的取值，Pmj为第j个同步发电机的机械输入功率，Vb2和Vb2s分别为同步发电机的第一部分势能及其在平衡点xs处的取值，Uj为第j个同步发电机的电压，E″qj为第j个同步发电机的q轴次暂态电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据直流系统的直流标准电磁模型和同步发电机的六阶机电模型，构建交直流混联系统的网络结构保持模型；/n建立交直流混联系统的普适能量函数模型；/n根据所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，获得改写后的六阶机电模型和改写后的网络结构保持模型；/n构建直流系统能量函数；/n根据改写后的六阶机电模型、改写后的网络结构保持模型和直流系统能量函数，确定交直流混联系统的暂态能量函数；/n根据交直流混联系统的暂态能量函数，采用梯形积分路径法计算故障后交直流混联系统的能量函数变化曲线；/n根据所述能量函数变化曲线，分析获得交直流混联系统的暂态稳定判据；/n基于交直流混联系统的暂态稳定判据，采用二分法计算交直流混联系统的极限切除时间，并将所述极限切除时间作为交直流混联系统的暂态稳定裕度指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据直流系统的直流标准电磁模型和同步发电机的六阶机电模型，构建交直流混联系统的网络结构保持模型；
建立交直流混联系统的普适能量函数模型；
根据所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，获得改写后的六阶机电模型和改写后的网络结构保持模型；
构建直流系统能量函数；
根据改写后的六阶机电模型、改写后的网络结构保持模型和直流系统能量函数，确定交直流混联系统的暂态能量函数；
根据交直流混联系统的暂态能量函数，采用梯形积分路径法计算故障后交直流混联系统的能量函数变化曲线；
根据所述能量函数变化曲线，分析获得交直流混联系统的暂态稳定判据；
基于交直流混联系统的暂态稳定判据，采用二分法计算交直流混联系统的极限切除时间，并将所述极限切除时间作为交直流混联系统的暂态稳定裕度指标。


2.根据权利要求1所述的交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，所述交直流混联系统的普适能量函数模型为



其中，x为状态变量，Vb为标量函数，A为第一系数矩阵，B为第二系数矩阵，C为关于状态变量x的向量。


3.根据权利要求1所述的交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，根据所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型和交直流混联系统的网络结构保持模型分别进行改写，获得改写后的六阶机电模型和改写后的网络结构保持模型，具体包括：
利用所述普适能量函数模型对同步发电机的六阶机电模型进行改写，获得改写后的六阶机电模型为其中，θj和ωj分别为第j个同步发电机相对于惯性中心的功角和角速度，Mj为第j个同步发电机的惯性系数，D为阻尼系数，Vb为标量函数，Eqj和Edj分别为第j个同步发电机关于q轴和d轴上的状态变量，Aqj和Bqj分别为第j个同步发电机关于q轴状态变量的第一系数矩阵和第二系数矩阵，Adj和Bdj分别为第j个同步发电机关于d轴状态变量的第一系数矩阵和第二系数矩阵，Cqj为第j个同步发电机关于q轴状态变量的向量；
利用所述普适能量函数模型对交直流混联系统的网络结构保持模型，获得改写后的网络结构保持模型为其中，Pi和Qi分别为第i条母线注入交直流混联系统的有功功率和无功功率，PLi和QLi分别为第i条母线所连负荷的有功功率和无功功率，Pdi和Qdi分别表示第i条母线为换流母线时的有功功率和无功功率，φi为第i条母线的相角，Ui为第i条母线的电压，ξ为换流母线判别系数，当第i条母线为换流母线时，ξ＝1；当第i条母线不为换流母线时，ξ＝0。


4.根据权利要求3所述的交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，所述构建直流系统能量函数，具体包括：
将直流系统中的换流器等效建模为换流母线上的附加负荷，构建的直流系统能量函数为
其中，Vdck为直流系统中第k条换流母线的势能，Pdk和Qdk分别为直流系统中第k条换流母线的有功功率和无功功率，Uks和φks分别为直流系统中第k条换流母线的电压幅值和相角在平衡点xs处的取值，Uk为直流系统中第k条换流母线的电压，φk为直流系统中第k条换流母线的相角。


5.根据权利要求4所述的交直流混联系统暂态稳定裕度确定方法，其特征在于，所述交直流混联系统的暂态能量函数为其中，V为交直流混联系统的暂态能量，Vpk为暂态动能，Vpe为暂态势能，Vb+Vd+Vq为交流系统的暂态势能，Vdc是直流系统的势能，Vd为同步发电机d轴的势能，Vq为同步发电机q轴的势能，Vqj和Vqjs分别为第j台同步发电机q轴状态变量势能及其在平衡点xs处的取值，Vdj和Vdjs分别为第j台同步发电机d轴状态变量势能及其在平衡点xs处的取值，m为交直流混联系统中同步发电机母线的数量，l为交直流混联系统中换流母线的数量，Vbr和Vbrs分别为第r个标量及其在平衡点xs处的取值，r＝1,2,3,4,5,6，Vb1和Vb1s分别为全部同步发电机转子位能及其在平衡点xs处的取值，Pmj为第j个同步发电机的机械输入功率，Vb2和Vb2s分别为同步发电机的第一部分势能及其在平衡点xs处的取值，Uj为第j个同步发电机的电压，E″qj为第j个同步发电机的q轴次暂态电动势，φj为第j个同步发电机的相角，x″dj为第j个同步发电机的d轴次暂态电抗，Vb3和Vb3s分别为同步发电机的第二部分势能及其在平衡点xs处的取值，x″qj为第j个同步发电机的q轴次暂态电抗，Vb4和Vb4s分别为同步发电机的第三部分势能及其在平衡点xs处的取值，E...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增平，胡加伟，王彤，褚璐，王柄然，乔鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11