[发明专利]LCC-HVDC优化电磁暂态仿真方法

说明书

一种LCC‑HVDC优化电磁暂态仿真方法，通过建立LCC‑HVDC电磁暂态优化模型，采用状态矩阵表征模型中的换流阀的开关状态，并依据状态矩阵编号确定主、副网络的拓扑结构，通过模型得到故障状态下的主网络与副网络上换流阀的电流和电压并经异常值修正后实现暂态仿真。本发明采用理想开关模型模拟换流阀用于LCC‑HVDC仿真，对换流器电气网络结构进行简化，根据当前仿真步长的网络拓扑结构将其分割为主网络与副网络，首先对主网络求解，然后根据得到的结果对副网络求解，最后更新当前时步各换流阀的电流电压。

技术领域

本发明涉及的是一种电力控制领域的技术，具体是一种电网换相换流器(LCC-HVDC)优化电磁暂态仿真方法。

背景技术

电力系统仿真是了解电网特性的重要工具。LCC-HVDC主要由晶闸管组成，是交直流混联电网的重要组成部分，对其进行快速准确的仿真对电网的安全稳定运行意义重大。对于LCC-HVDC的电磁暂态仿真技术，如PSCAD/EMTDC与RTDS程序中，多采用二值电阻开关模型，即将换流器晶闸管的开通与关断状态分别用小电阻与大电阻等效。这样进行处理，在系统规模较小时，运算负担还可以接受。但当仿真整个交直流混联电网时，直流线路多达数十条，需要模拟的开关器件数百个，当每个开关状态变化时，都需要对系统的导纳矩阵进行重新生成并求逆，运算量急剧增大。因此，这种仿真方法限制了仿真的规模，需要对现有的电磁暂态模型进行合理的简化

LCC-HVDC电磁暂态模型能够对高压直流输电系统进行稳态与各种暂态过程的准确仿真。但仿真规模扩大后计算量与运算复杂度会迅速增加，主要体现在以下方面：

(1)仿真规模扩大后，需要同时仿真的开关数目增多，换流阀采用可变电阻开关模型，意味着系统的导纳矩阵规模很大，而且频繁变化，电气网络的求解需要对其进行求逆运算，消耗大量计算资源。

(2)开关数目的增多也意味着会有更多的开关过程发生在相邻两个仿真步长之间，开关过程检测、插值与数值震荡消除算法会消耗更多的计算资源。

(3)仿真规模扩大后，控制系统的结构与层次也更为复杂，对其进行求解也会消耗更多的计算资源。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种LCC-HVDC优化电磁暂态仿真方法，采用理想开关模型模拟换流阀用于LCC-HVDC仿真，对换流器电气网络结构进行简化，根据当前仿真步长的网络拓扑结构将其分割为主网络与副网络，首先对主网络求解，然后根据得到的结果对副网络求解，最后更新当前时步各换流阀的电流电压。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过建立LCC-HVDC电磁暂态优化模型，采用状态矩阵表征模型中的换流阀的开关状态，并依据状态矩阵编号确定主、副网络的拓扑结构，通过模型得到故障状态下的主网络与副网络上换流阀的电流和电压并经异常值修正后实现暂态仿真。

所述的LCC-HVDC电磁暂态优化模型，为模拟十二脉波换流系统，由整流侧与逆变侧构成，包含四个六脉波换流器，其中：整流侧的直流侧由两个六脉波换流器串联，交流侧通过变压器并联，其中一个变压器为星型连接，另一个为三角形连接，逆变侧与整流侧为相同结构的镜像。

所述的六脉波换流器包括：三相交流电压瞬时输入、三相变压器等值电感以及与之相连的六臂换流桥，其中：六臂换流桥上分别设有六个模拟换流阀的晶闸管，六臂换流桥的输出端上设有平波电抗器电感。

所述的换流阀的开关状态，采用四个状态矩阵分别记录换流阀的开关状态，每个六脉波换流系统采用一个状态矩阵记录六个换流阀开关状态

所述的异常值修正是指：对一些计算得到的包括流过晶闸管的电流出现负值、一些器件两端电压围绕某一数值上下振荡的不合理的结果进行修正，具体包括：通过在EMTDC的计算程序中采用线性插值法解决流过晶闸管电流出现负值的情况以及通过阻尼梯形积分法、临界阻尼调整法解决数值振荡。