考慮直流控制策略對直流系統無功動態特性的影響分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明是一種考慮直流控制策略對直流系統無功動態特性的影響分析方法，屬于 電力系統運行可靠性與廣域安全防御領域。
【背景技術】
[0002] 隨著現代電力系統逐漸朝著區域互聯與交直流并重模式的方向發展，電力系統的 安全與穩定面臨著越來越嚴峻的壓力。例如，高壓直流輸電在傳輸有功的同時也需要消耗 大量的無功。由于直流系統含有大量的電力電子元件，大擾動后的直流系統無功不但響應 快、幅值大，而且具有與直流控制強相關的特點。當直流系統接于弱交流系統時，如果直流 控制方式選擇不當或控制參數設置不合理，大擾動后的直流系統將從交流系統吸收大量的 無功，并最終導致暫態電壓失穩。
[0003] 同時，由于直流控制非線性強、響應特性復雜，其對直流系統無功動態特性的影響 機理和途徑尚未形成清晰明確的結論，嚴重制約著交直流系統的安全穩定運行。
[0004] 目前，直流控制策略對直流系統無功動態特性影響的相關研究工作主要集中在兩 個方面：1)基于機電暫態仿真平臺研究直流控制對大規模交直流系統無功-電壓特性的影 響；2)基于電磁暫態仿真平臺研究直流控制的響應特性、參數優化W及控制方式對直流系 統無功等直流電氣量的影響。
[0005] 但目前的仿真研究尚沒有深入到直流詳細模型和詳細控制，僅立足于直流準穩態 模型，尋找反映直流電氣量變化的一般性規律。但在反映故障動態過程中的特征與細節、反 映直流控制對無功動態特性的影響運兩方面，缺乏有效分析方法。

【發明內容】

[0006] 本發明旨在提供一種考慮直流控制策略對直流系統無功動態特性的影響分析方 法，本發明是一種簡單且較為精確的工程實用方法，對于把握直流控制對直流系統無功動 態特性的影響機理、途徑和規律W及增強交直流系統的智能運行與柔性控制具有重大的現 實意義。
[0007] 本發明采用的技術方案是:本發明考慮直流控制策略對直流系統無功動態特性的 影響分析方法，包括有如下步驟：
[0008] 1)確定影響直流系統無功動態的因素；
[0009] 根據直流系統準穩態方程，直流系統消耗的無功可W由式(1)求得：
Cl)
[0011]由式（1)可知，直流系統無功隨著換流母線電壓、直流電流和觸發角的增大而增 加，因此，任何造成上述=個變量變化的操作或擾動都會引起直流系統無功的動態響應； [001。 2)利用PSCAD/EMTDC基于實際參數建立包含詳細直流控制的直流系統模型；
[0013] 考察直流控制對直流系統無功動態特性的影響，對交流系統采用簡化模型即電壓 源串聯阻抗模型，直流系統采用詳細電磁暫態模型，接線方式為雙極12脈動，參數采用實際 直流工程的額定運行參數；
[0014] 3)提出直流系統遭受擾動時換流器觸發角保持為受擾前數值，選擇交流濾波器投 切、功率緊急提升、降功率運行、降壓運行、換流母線故障、直流線路故障和直流換相失敗7 種場景檢驗直流系統無功動態響應；
[0015] 4)用直流控制方式分析直流系統無功動態特性：
[0016] 5)優化直流控制參數，降低換相失敗恢復過程中無功超調量的影響。
[0017] 本發明重點分析接入受端交流系統后直流發生換相失敗的場景下直流系統的無 功動態響應。本發明提出利用PSCAD/EMTDC建立基于實際參數和包含詳細直流控制的直流 系統模型，通過與直流系統固有的無功動態特性對比，掲示整流側定電流控制、逆變側定電 壓控制和定焰弧角控制等對無功動態特性的影響機理和途徑，并提出針對換相失敗恢復過 程中的無功超調量的控制規律。本方法僅需借助PSCAD/EMTDC建立含詳細直流控制的直流 系統模型，對兩端交流系統則可作適當簡化，從而為分析直流控制對直流系統無功動態特 性的影響提供了一種簡單且較為精確的工程實用方法，對于把握直流控制對直流系統無功 動態特性的影響機理、途徑和規律W及增強交直流系統的智能運行與柔性控制有重大的現 實意義。
【附圖說明】
[0018] 圖1為直流控制的直流系統模型示意圖。
[0019] 圖2為直流控制極控制層控制功能示意圖。
[0020] 圖3為直流電流參考值Idref增加調制量A Idref來改變電流參考值的幅值和形狀的 示意圖。
【具體實施方式】 [0021 ]實施例；
[0022] 下面對本發明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0023] 1、確定影響直流系統無功動態的因素。
[0024] 根據直流系統準穩態方程，直流系統消耗的無功可W由式(1)求得：
CD
[0026] 由式（1)可知，直流系統無功隨著換流母線電壓、直流電流和觸發角的增大而增 加。因此，任何造成上述=個變量變化的操作或擾動都會引起直流系統無功的動態響應。
[0027] 2、利用PSCAD/EMTDC基于實際參數建立包含詳細直流控制的直流系統模型。
[0028] 本發明主要考察直流控制對直流系統無功動態特性的影響，對交流系統可采用簡 化模型即電壓源串聯阻抗模型，直流系統采用詳細電磁暫態模型，接線方式為雙極12脈動， 參數采用實際直流工程的額定運行參數。具體如圖1所示。
[0029] 3、提出直流系統遭受擾動時換流器觸發角保持為受擾前數值，選擇交流濾波器投 切、功率緊急提升、降功率運行、降壓運行、換流母線故障、直流線路故障和直流換相失敗7 種場景檢驗直流系統無功動態響應。
[0030] 4、按下述流程分析直流控制方式對直流系統無功動態特性：
[0031] 1)整流側配置定電流控制
[0032] 鑒于定電流控制中的低壓限流器（vol1:age dependent current order limiter, VDCOL)環節和瞬時電流控制環節對直流電流參考值的大小和恢復特性的重要影響，本發明 將在PSCAD/EMTDC環境下的模型中分別采用：
[0033] (1)換流母線故障時整流側定電流控制(不計及VDC0L);
[0034] (2)換流母線故障時VDCOU不計及瞬時電流控制）；
[0035] (3)換相失敗恢復過程中瞬時電流控制。
[0036] 將上述仿真與不計及相應控制的無功動態特性對比，獲得定電流控制對直流系統 無功動態特性的影響結果。
[0037] 2)逆變側配置定電壓控制
[0038] 當逆變側采用定電壓控制時，Ud可表示為：
(2)
[0040] 由式（2)可知，當交流系統遭受擾動而導致UdO下降時，將引起Ud的減小。為了保證 Ud不變，定電壓控制將減小逆變側的超前觸發角PW試圖增大山。由式（1)可知，此時直流系 統的功率因數將增大，從而使直流系統消耗的無功減少。
[0041] 本發明將在PSCAD/EMTDC環境下的模型中采用定電壓控制，將仿真與不計及直流 控制時的動態特性對比，可得逆變側定電壓控制對直流系統無功動態特性的影響結果。
[0042] 3)逆變側配置定焰弧角控制
[0043] 根據直流系統的準穩態方程，分析定焰弧角控制的控制目標和控制效果。當逆變 側采用定焰弧角控制時，焰弧角可表示為：
(3)
[0045] 由式(3)可知，當交流系統擾動導致UdO下降時，為了保持焰弧角丫不變，定焰弧角 控制將增大逆變器的超前觸發角e。由式（1)可知，此時的功率因數將減小，直流系統的無功 消耗隨之增加。
[0046] 本發明將在PSCAD/EMTDC環境下的模型中采用定焰弧角控制，將仿真與不計及直 流控制時的動態特性對比，可得逆變側定焰弧角控制對直流系統無功動態特性的影響結 果。
[0047] 5、優化直流控制參數，降低換相失敗恢復過程中無功超調量的影響。該過程包括：
[0048] 1)確定影響無功超調量的關鍵控制環節，即定焰弧角的PI控制、VD(X)L和瞬時電流 控制功能。
[0049] 2)增大PI調節器的比例