本发明专利技术公开一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法。首先，根据逆变侧交流故障发生后直流系统的换流阀电磁暂态过程，将整流侧直流短路电流的响应过程分为六个阶段，建立考虑直流控制环节的系统传递函数模型，包括逆变侧定关断角控制传递函数模型、整流侧定电流控制传递函数模型和逆变侧定电流控制传递函数模型；然后，基于逆变侧换流阀在故障发生后的暂态电流导通路径，将逆变侧换流器及其交流部分化简为RLC二阶电路，解微分方程得到直流线路对地电容放电电流解析表达式。之后根据建立的系统传递函数模型，化简传递函数模型并进行拉式反变换，得到逆变侧直流电流全过程时域解析表达式。最后，基于逆变侧交流母线发生故障后直流系统向交流贡献短路电流的机理，得到故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式。该方法实现了高压直流系统在故障后直流短路电流和交流短路电流时域解析式的求解。流时域解析式的求解。流时域解析式的求解。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法
[0001]本专利技术属于直流输电系统
，尤其涉及一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法。
技术介绍
[0002]随着直流多馈入和直流输送容量占比逐渐增大，当交直流混合输电系统的受端交流侧发生故障时，其短路电流中的直流电流贡献成分已不能忽略，为了准确描述交流侧短路电流的变化趋势，需要对直流电流的暂态响应过程进行分析，并进行近似解析式的求解。
[0003]由于直流输电系统中换流站具有高度非线性，以及其在故障期间动作的复杂性，故无法求得故障后暂态过程的精确解析解，只能通过在故障后的一段时间范围内对直流系统进行线性化的近似，以降低问题的复杂程度。
[0004]现有研究中有的分析了逆变侧换流器在故障发生后的阀组导通情况，并讨论了换相失败问题，明确了直流电流与交流短路短路电流的数量关系；有的对受端交流侧发生故障后直流控制系统的暂态响应过程进行了详细的分析；有的通过建立交直混联系统的数学模型，对交流侧发生故障后的直流电流进行仿真分析计算。这些对故障发生后直流电流的分析虽然考虑了换流器的换相失败和直流控制系统的暂态响应过程，但这些分析均为定性分析，缺少对直流控制系统和直流电流在故障发生后的电磁暂态过程的定量分析。
技术实现思路
[0005]为解决上述问题，本专利技术提出了一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，包括
[0006]步骤1、建立考虑控制系统的LCC
‑
HVDC换流器的稳态数学模型；
[0007]步骤2、根据逆变侧交流故障发生后直流系统的换流阀电磁暂态过程，将整流侧直流短路电流的响应过程分为三个阶段，建立系统传递函数模型，包括逆变侧定关断角控制传递函数模型和整流侧定电流控制传递函数模型；
[0008]步骤3、基于故障消除后直流控制系统的响应情况，将整流侧直流电流的恢复过程分为三个阶段，建立考虑逆变侧控制的系统传递函数模型；
[0009]步骤4、基于逆变侧换流阀在故障发生后的暂态电流导通路径，将逆变侧换流器及其交流部分化简为RLC二阶电路，解微分方程得到直流线路对地电容放电电流解析表达式；
[0010]步骤5、根据步骤2、3所得的系统传递函数模型，化简传递函数并进行拉式反变换，结合步骤4的直流线路对地电容放电电流解析表达式结果，得到故障发生后逆变侧直流电流全过程时域解析表达式；
[0011]步骤6、基于逆变侧交流母线发生故障后直流系统向交流贡献短路电流的机理，得到故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式；
[0012]所述步骤1中考虑控制系统的LCC
‑
HVDC换流器的稳态数学模型为
[0013][0014]其中，I
dr
为整流侧直流电流，I
di
为逆变侧直流电流，U
di0
为逆变侧直流电压空载值，U
dr0
为整流侧直流电压空载值，α为整流侧延迟角，β为逆变侧越前触发角，γ为逆变侧关断角，γ
ref
为逆变侧关断角整定值，R
cr
为整流侧等效换相电阻，有R
cr
＝(3/π)ωL
cr
，L
cr
为整流侧换流变压器等效电感，R
L
为直流输电线路等效电阻，R
ci
为逆变侧等效换相电阻，同样有R
ci
＝(3/π)ωL
ci
，I
d0
为VDCOL输出的电流整定值，I
di
为逆变侧短路电流值，K
Δi
为电流偏差控制的比例常数。
[0015]所述步骤2中逆变侧定关断角控制传递函数模型为：
[0016][0017]其中,G
PI
(s)为比例积分控制函数，T
Δt
为阀组信号延迟时间常数，G
γ
(s)为计算逆变侧关断角的函数，k
p
为比例系数，T
i
为积分系数，β0为逆变器超前角稳态值。
[0018]整流侧定电流控制传递函数模型为：
[0019][0020]其中，G
r
(s)为整流侧极控制的电流计算函数，D(s)为低压限流环节输出的电流指令，T
Δt
为阀组信号延迟时间常数，T1为直流电流上升结束时刻，I
dr1
为T1时刻的整流侧短路电流。
[0021]低压限流达到阈值后的整流侧定电流控制传递函数模型为
[0022][0023]其中，I
min
为整流侧直流最小电流指令值，T2为直流电流上升结束时刻，I
dr2
为T2时刻的整流侧短路电流，其余参数和整流侧定电流控制传递函数模型一样。
[0024]所述步骤3中考虑逆变侧定电流控制的系统传递函数模型为
[0025][0026]其中，G
i
(s)为电流变化量的计算函数，R
cr
为整流侧等效换相电阻，有R
cr
＝(3/π)ωL
cr
，L
cr
为整流侧换流变压器等效电感，R
L
为直流输电线路等效电阻，R
ci
为逆变侧等效换相电阻，同样有R
ci
＝(3/π)ωL
ci
，其余参数和前述的传递函数模型一样。
[0027]所述步骤4中直流线路对地电容放电电流解析表达式为
[0028][0029]式中参数如下
[0030][0031]所述步骤5中整流侧电流在故障发生后的全过程时域解析表达式的求解过程为
[0032]系统处于稳态时直流电流的计算公式为
[0033][0034]逆变侧发生故障导致换相失败时，流过等效电容的电流、整流侧直流电流和逆变侧直流电流之间的关系为
[0035]i
dr
+i
dc
＝i
di
ꢀꢀꢀ
(9)
[0036]将整流侧直流电流暂态响应过程每一阶段的传递函数模型进行化简，得到控制量的频域表达式，再经过拉式反变换，得到直流电流的近似解析表达式为
[0037][0038]其中，各阶段整流侧直流电流表达式为
[0039][0040]其中，a
i
、b
i
、m
i
、n
i
、p
i
、q
i
、θ
i
、k
i
、h
i
(i＝1～6)为中间过程的计算参数，I
drN
为故障前直流电流稳态值，I
i
(i＝1～5)为直流电流暂态子过程结束时刻的电流值。
[0041]所述步骤6中故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，包括步骤1、建立考虑控制系统的LCC
‑
HVDC换流器的稳态数学模型；步骤2、根据逆变侧交流故障发生后直流系统的换流阀电磁暂态过程，将整流侧直流短路电流的响应过程分为三个阶段，建立考虑直流控制环节的系统传递函数模型；步骤3、基于故障消除后直流控制系统的响应情况，将整流侧直流电流的恢复过程分为三个阶段，建立考虑逆变侧定电流控制的系统传递函数模型；步骤4、基于逆变侧换流阀在故障发生后的暂态电流导通路径，将逆变侧换流器及其交流部分化简为RLC二阶电路，解微分方程得到直流线路对地电容放电电流解析表达式；步骤5、根据步骤2、3所得的系统传递函数模型，化简传递函数并进行拉式反变换，结合步骤4的直流线路对地电容放电电流解析表达式结果，得到故障发生后逆变侧直流电流全过程时域解析表达式；步骤6、基于逆变侧交流母线发生故障后直流系统向交流贡献短路电流的机理，得到故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式。2.根据权利要求1所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤1中考虑控制系统的LCC
‑
HVDC换流器的稳态数学模型为其中，I
dr
为整流侧直流电流，I
di
为逆变侧直流电流，U
di0
为逆变侧直流电压空载值，U
dr0
为整流侧直流电压空载值，α为整流侧延迟角，β为逆变侧越前触发角，γ为逆变侧关断角，γ
ref
为逆变侧关断角整定值，R
cr
为整流侧等效换相电阻，有R
cr
＝(3/π)ωL
cr
，L
cr
为整流侧换流变压器等效电感，R
L
为直流输电线路等效电阻，R
ci
为逆变侧等效换相电阻，同样有R
ci
＝(3/π)ωL
ci
，I
d0
为VDCOL输出的电流整定值，I
di
为逆变侧短路电流值，K
Δi
为电流偏差控制的比例常数。3.根据权利要求2所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤2中逆变侧定关断角控制传递函数模型为：
其中,G
PI
(s...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，孙奕，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。