[发明专利]高压直流输电系统暂态响应解析计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真及计算领域，涉及基于晶闸管控制的双端高压直流输电系统的暂态响应计算。

背景技术

基于晶闸管控制的高压直流输电系统一般由换流变压器、换流器、滤波器、平波电抗器以及直流输电线路组成。高压直流输电系统的暂态响应计算解决交流侧母线电压幅值及相位、内部或外部系统参数变化下，直流系统的响应求解问题。本发明旨在交流母线三相电压幅值变化情况下，直流系统电流和电压的响应。高压直流输电其暂态解对于电力系统的稳定性分析及控制方面，具有重要的意义。

高压直流系统的整流器和逆变器在导通或者换相过程中，描述换流器及换流变压器动态行为的方程为常系数非齐次的线性方程组。另外，构成直流输电系统的滤波器、平波电抗器均为线性元件，而直流输电线路的动态行为也可使用线性元件近似。将各元件的方程按照电路原理相结合，可以形成直流系统在不同运行工况下的微分方程。由于上述元件均是线性的，因此在不同运行工况下，描述其动态行为的方程均为常系数非齐次的线性微分方程组。

在稳态时，整流器和逆变器的触发角度均固定，直流系统的响应在交流系统一个周波内呈周期变化，而在暂态情况下，整流器和逆变器的触发角度将根据直流系统的控制规律发生变化。因此，在暂态情况下，高压直流输电系统不仅需要考虑控制系统的参与，同时将存在换相失败判断等问题。

对于直流输电系统而言，其元件包括换流变压器、整流器、逆变器、平波电抗器、直流滤波器以及直流输电线路，由于换流变压器的电感效应，流经晶闸管的电流不能瞬时降低为零，晶闸管不能瞬时关断，使得直流系统整流器和逆变器均存在着换相过程。

在电力系统对称故障下，交流侧三相电压幅值发生变化，导致输电系统经历一系列的暂态过程，其控制系统将参与直流输电系统的调整。控制系统的输入为直流整流侧电流，逆变侧电压与电流，以及逆变侧的熄弧角，其中，逆变侧熄弧角为离散量，每个周期变化六次，控制系统的输出为整流侧的触发延迟角α与逆变侧的触发超前角β。

目前，高压直流输电系统的暂态响应计算，一般通过电磁仿真方法进行，即使用小步长的数值积分方法进行计算，要得到精确解，数值积分的步长要达到微秒级。采用这种方法不但计算量大，速度慢，而且存在截断误差，这些问题限制了其在大规模系统中的应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高压直流输电系统暂态响应解析计算方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高压直流输电系统暂态响应解析计算方法，其包括如下步骤：

A、对高压直流输电系统的平波电抗器、直流滤波器以及直流输电线路，结合电压电流关系，按照电路原理，得出高压直流输电系统在不同运行工况下的微分代数方程组；根据控制系统的逻辑关系，建立控制系统的微分方程最终形成高压直流输电系统的状态方程该微分代数方程组为常系数非齐次线性微分方程组；其中x_i为第i个运行工况下的状态量，A_i、B_i分别为状态和输入矩阵，输入u(t)为整流侧与逆变侧的三相电压瞬时表达式，C_i为控制系统加入后的分量；

B、通过对高压直流输电系统进行稳态响应计算，得到高压直流输电系统的状态量随时间的关系x_i(t)，以及控制系统各运行量的初值；

C、在交流电压变化下，进行直流暂态响应计算；

D、计算结束。

本发明的方法适用于传统的采用晶闸管换流器的双端高压直流输电系统，在交流侧发生对称性故障下的暂态情况。

本发明的方法不需要对直流输电系统进行简化，不受电磁暂态仿真积分步长的限制，且不存在截断误差，计算效率高，能够保证计算结果的准确性。

本发明中，直流换流变压器交流母线电压为三相对称的正弦量。

根据本发明另一具体实施方式，步骤C具体包括如下步骤：

C1如果到达仿真结束时刻，则转到步骤D；

C2根据交流系统的三相电压幅值，形成u(t)；

C3对直流系统的第i个运行工况，对于给定的时间步长Δt，按照常系数非齐次线性微分方程组的解析表达式计算直流系统的响应；