柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，通過該等效電路實現在小干擾分析中將一個復雜的多端柔性直流電網系統簡化為一個待分析的換流站與一個代表系統其他部分的等效阻抗相連的模型。本發明的等效電路計及了本地控制的各項控制參數、協調控制的多種方式及其參數，以及一次系統的運行工況，因此有較高的精度；同時忽略了對其他端穩定性分析影響較小的換流閥時間常數，因此降低了模型的復雜程度，有利于減少小干擾分析的計算時間，實現小干擾分析中快速性和精確性的平衡。
【專利說明】
柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路
技術領域
[0001] 本發明設及柔性直流電網小干擾穩定性分析中小干擾阻抗的等效方法，具體設及 柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路。
【背景技術】
[0002] 電壓穩定性是交流電網安全穩定運行的重要指標，而相對于交流電網，柔性直流 電網通常接入更多的電力電子設備，如換流器、直流變壓器等，運些電力電子設備對電壓波 動的耐受能力通常不高。因此維持柔性直流電網電壓的穩定性有著更為重要的意義。
[0003] 柔性直流系統的靜態穩定分析目前主要采用小干擾分析方法。已有的一些多端柔 性直流系統的小干擾穩定分析方法通過分析系統特征方程矩陣的特征值，而當系統規模增 大時，特征方程矩陣的規模也會隨之增大，且當系統結構或參數變化時需要重新計算全網 的系統特征方程，計算量過大，對求解速度產生嚴重影響。而另一些小干擾分析方法則根據 換流器接入直流電網出口處元件的不同（電容或電感)將帶有本地控制的換流站分為電壓 源和電流源型，并進一步簡化為非理想電壓源或電流源，運些方法又過于簡化，無法保證精 度。在多端柔性直流電網電壓穩定性分析中，需要建立換流站的小干擾阻抗電路，為此本發 明建立了一個柔性直流換流站的小干擾阻抗等效電路。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，W便于柔性直 流電網小干擾電壓穩定性分析，本發明的等效電路計及了本地控制的各項控制參數、協調 控制的多種方式及其參數，W及一次系統的運行工況，因此有較高的精度；同時忽略了對其 他端穩定性分析影響較小的換流閥時間常數，因此降低了模型的復雜程度，有利于減少小 干擾分析的計算時間。
[0005] 為實現上述發明的目的，解決其技術問題，本發明在小干擾分析中基于直流電壓 和電流的小干擾量，計算柔性直流電網中換流站的等效阻抗，采用的技術方案如下：
[0006] 針對本地控制采用雙環控制，電流內環比例參數為Kp,積分參數為Ki,功率外環比 例參數為Kp2，直流側極間電容為C的換流站，若換流站協調控制輸出的功率參考值i資采用 W下數學特性：
其中參數kudcW和kp分別為直 流電壓和輸出功率的下垂控制權重，kudc(n)和kp不同時為0，n為直流電壓的指數，UDCref為換 流器直流電壓參考值，Ps為交流電源輸出功率，Psref為交流電源輸出功率參考值，換流站在 不同工況下的小干擾阻抗可W通過如下方法得到：
[0007] 將換流閥交流側系統正序電感和單相換流電感相加得到交流側總電感Lac,將系統 正序電阻和單相換流等效電阻相加得到交流側總電阻Ra。，通過測量獲取交流電源電壓基波 相量Us,換流器直流電壓化〇)，換流器直流側電流Idco,將Us在d/q同步坐標系下進行變換，即 令Us = UsdO+j ? UsqO，換流器輸出功率Pdco = Udco X Idco ;計算電流內環時間常數得到《 i = Kp/ Lac;在不計入換流器直流側并聯電感的情況下，柔性直流電網中換流站的等效阻抗的電路 的結構為一個電阻值為Ri的電阻和一個電感值為^的電感串聯，再與一個電阻值為R2的電 阻并聯，其中Ri、Li和化計算公式如下式：
[000引
[0009]
[0010]
[0011] 與現有方法相比，該方法的優點在于:本發明建立了一種柔性直流換流站小干擾 阻抗的等效電路。該電路計及了控制參數和控制方式，因此針對采用各種協調控制的換流 站，本發明的電路都能進行精確等效；由于本發明的電路考慮了運行工況，因此當換流站接 入的交流系統或直流系統的工況發生改變，本發明的等效電路都能進行精確等效；此外忽 略了換流閥時間常數，從而在不影響準確性的情況下降低了模型的復雜程度，有利于減少 小干擾分析的計算時間；同時若kp或kudc(n)為0,即換流站采用定直流電壓或輸出功率控制 時，本發明的等效電路可W直觀地對換流站的小干擾阻抗進行簡化，有助于將柔性直流系 統簡化為一個無源網絡W方便小干擾穩定分析:因此本發明的等效電路實現了小干擾分析 中快速性和精確性的平衡。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明實例所述的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路計算智能測控裝 置接線示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 本發明的柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，尤其適用于在柔性直流電網中 的小干擾逐端分析。下面結合附圖1對本發明的具體實施作進一步說明。
[0014] 智能測控裝置是目前廣泛采用的測控裝置，它通常由模擬量采集模塊、中央處理 單元、通信模塊、人機界面等模塊構成。
[0015] 圖1表示了一個接入交、直流系統的柔性直流換流站簡化模型，本發明方法在智能 裝置1中進行計算。智能測控裝置1的模擬量采集模塊通過交流電壓互感器2連接交流電源， 并通過直流電壓傳感器3和直流電流傳感器4連接換流站的直流出口，其通信模塊連接控制 裝置6的通信模塊。柔性直流電網小干擾穩定分析中央處理單元5連接智能測控裝置1和VSC 控制裝置6的通信模塊，同時與柔性直流電網中其他端的智能測控裝置和VSC控制裝置相 連。
[0016] 智能測控裝置1通過人機界面獲取換流閥交流側系統正序電阻、電感及單相換流 電阻、電感，通過模擬量采集回路測量交流電源電壓基波相量、直流電壓和直流電流，分別 記為113、化〇)、1〇〇)，通過通信模塊獲取￥5巧空制裝置6中采用雙環控制的本地控制和協調控制 的控制參數，其中電流內環比例參數記為Kp，積分參數記為Ki，功率外環采用簡單的比例環 節控制，比例參數記為Kp2,協調控制的直流電壓和輸出功率的權重分別記為kudc(n)和kp。 [0017]然后智能測控裝置1將Us在dA同步坐標系下進行變換，即令Us = UsdO+j ? UsqO,將 Udco和Idco相乘，得到換流器輸出功率為時CO =化coX Idco;同時將換流閥交流側系統正序電感 和單相換流電感相加得到交流側總電感Lac,將系統正序電阻和單相換流等效電阻相加得到 交流側總電阻Rac,并計算電流內環時間常數得到《i=Kp/Lac。之后根據Rl、Ll和R2計算公式， 即可得到柔性直流電網中該換流站等效阻抗的電路。
[0018] 具體的，若該換流站采用下垂控制形式，即kp和kudc(n)均不為0,則其等效阻抗的電 路(未計入換流器直流側并聯電感)的結構為一個電阻值為化的電阻和一個電感值為b的電 感串聯，再與一個電阻值為R2的電阻并聯，其中化、Li和R2計算公式如下式：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 若該換流站采用的輸出功率控制形式，即kudc(n)均為0,則其等效阻抗的電路(未計 入換流器直流側并聯電感）的結構中Ri、Li趨向于-，其等效阻抗即為一個電阻值為R2的電 阻，R2計算公式如下式：
[0023]
[0024] 最后智能測控裝置1通過通信模塊向小干擾穩定分析中央處理單元5傳遞本端小 干擾阻抗的等效電路參數Ri、Li和R2的計算結果。通過接收柔性直流電網中各端換流站小干 擾阻抗的等效電路，小干擾穩定分析中央處理單元5在小干擾分析中將一個復雜的多端柔 性直流電網系統簡化為一個待分析的換流站(采用詳細小干擾分析模型）與一個代表系統 其他部分，由小干擾阻抗組成的無源網絡相連的模型，從而在不影響準確性的情況下降低 了模型的復雜程度，實現小干擾分析中快速性和精確性的平衡。當小干擾分析結果為不穩 定時，小干擾穩定分析中央處理單元5向VSC控制裝置6發出調整控制參數的信號，W便保持 柔性直流電網系統小干擾穩定性。
[0025] 盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的 描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1. 一種柔性直流換流站小干擾阻抗的等效電路，其特征在于:針對本地控制采用雙環 控制，電流內環比例參數為Κρ，積分參數為Κι，功率外環比例參數為Κρ2,直 流側極間電容為C的換流站，換流站協調控制輸出的功率參考值端采用W下數學特性：其中參數kudcW和kp分別為直流電壓和輸出功率 的下垂控制權重，kudc(n)和kp不同時為0，n為直流電壓的指數，化C為換流器直流電壓，化Cref為 換流器直流電壓參考值，Ps為交流電源輸出功率，Psref為交流電源輸出功率參考值，換流站 在不同工況下的小干擾阻抗可W通過如下方法得到： 將換流閥交流側系統正序電感和單相換流電感相加得到交流側總電感Lac,將系統正序 電阻和單相換流等效電阻相加得到交流側總電阻Ra。，通過測量獲取交流電源電壓基波相量 Us，換流器直流電壓Udc日，換流器直流側電流Idco，將Us在d/q同步坐標系下進行變換，即令Us = Usd〇+j · UsqO,換流器輸出功率Pdco = Udc〇X Idco;計算電流內環時間常數得到ω i = Kp/Lac; 在不計入換流器直流側并聯電感的情況下，柔性直流電網中換流站的等效阻抗Zt。可W利用 如下等效電路表示，其結構為一個電阻值為R2的電阻和一個電感值為^的電感串聯，再與一 個電阻值為R2的電阻并聯，其中化、Ll和R2的計算公式如下式：
【文檔編號】H02J3/36GK106099967SQ201610318967
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】徐習東, 金陽忻, 王鑫杰, 黃曉明, 陸翌, 裘鵬
【申請人】浙江大學, 國網浙江省電力公司電力科學研究院