[发明专利]适用背靠背VSC故障暂态计算的两端口等效建模方法

说明书

本发明公开了属于电力系统分析技术领域的一种适用背靠背VSC故障暂态计算的两端口等效建模方法。首先根据交流故障电压跌落程度，求解故障侧VSC有功功率暂态；然后基于直流电容支路瞬时功率关系构建直流电压故障分量的微分方程，并求解直流电压暂态分量；根据非故障侧VSC控制方程计算故障影响传播至非故障侧VSC的交流输出电流解析式；最后，根据背靠背VSC非故障侧输出电流‑故障侧电压间函数，构建交流故障期间VSC背靠背系统的两端口等效模型。本发明可对交流故障经背靠背VSC的传播特征实现解析分析，可将VSC背靠背系统以非线性二端口等效模型表示，对电力电子化配电网的故障传播分析、保护研究具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种适用背靠背VSC故障暂态计算的两端口等效建模方法。

背景技术

随着电力系统高比例电力电子化发展，传统电力网络正在发生本质性的结构改变。一方面，作为终端设备的新能源电源、微电网等经电力电子换流器接口并网的新型装备打破了传统电力系统电磁发电机占主导的电源结构；另一方面，柔性直流输电、直流背靠背配电站等串入输配电网络的结构也根本性地改变了交流线路的电气传输规律。VSC背靠背系统等交直交结构的串联，改变了交流短路故障沿输配电线路压降的故障传播特征，导致交流故障特征弱化，为故障分析与保护研究带来困难，因此亟待针对交流故障特征经交-直-交系统的传播进行分析。

目前针对VSC并网逆变器的故障解析已有基于时域微分方程与频域传函响应等方法，针对故障暂稳态的解析计算较为精确。但尚未出现研究对故障影响经直流系统传播至VSC背靠背系统对侧换流站的动态机理进行分析，其原因在于业内长期以来“背靠背系统阻断交流故障传播”的误解和背靠背系统数学模型高阶难解的瓶颈。仿真结果表明对于背靠背系统的非故障侧采用定直流电压控制的情况，交流故障将通过直流电压动态影响非故障侧VSC交流电流输出，从而实现不同于传统沿线压降形式的故障传播。综上所述，为明确背靠背系统对交流故障传播的影响，有必要针对VSC背靠背系统进行交流故障传播解析，以求为背靠背系统协调控制和交流送出线保护设计提供理论依据。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用背靠背VSC故障暂态计算的两端口等效建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据交流故障电压跌落程度，求解故障侧VSC的暂态有功电流输出I_df与暂态输出有功功率P_f；

步骤2，根据步骤1得到的故障侧VSC的暂态输出有功功率P_f，基于直流电容支路瞬时功率关系构建直流电压故障分量的微分方程，并根据故障前运行条件求解直流电压暂态分量Δu_dc；

步骤3，根据步骤2得到的直流电压暂态分量Δu_dc，基于非故障侧VSC控制方程计算故障影响传播至非故障侧VSC的交流电流输出值i_d；

步骤4，根据步骤3得到的非故障侧VSC的交流电流输出值i_d，构建交流故障期间背靠背VSC的两端口等效模型。

所述步骤1中故障侧VSC的暂态有功电流输出I_df的解析式为：

其中，为故障后背靠背VSC有功电流指令值，其取值根据故障后电压幅值与低压穿越准则决定；I₁、I₂为暂态电流暂态分量的初始值，r₁、r₂为衰减常数，分别为：

其中，k_ip、k_ii分别为背靠背VSC电流内环PI控制器的比例、积分系数，L为背靠背VSC交流出口滤波电抗，i_d0为故障前有功电流值；