[发明专利]一种高压直流输电系统电磁暂态解析方法

权利要求书

1.一种高压直流输电系统电磁暂态解析方法，其特征在于，

将输入整流侧和逆变侧的三相交流母线电压作为全系统状态空间模型的输入；

设置初始时刻的状态变量以及初始工况的系数矩阵，以积分步长为一个时刻单位，计算下一时刻一次设备的状态变量，将整流侧直流电流、逆变侧直流电流、逆变侧直流电压输入到控制系统；其中，控制系统包括整流侧控制系统、逆变侧控制系统和低压限流环节；

计算下一时刻控制系统的输出量延迟触发角和超前触发角，并返回至一次设备；

计算换流器的状态空间模型工况切换的时刻的状态变量，在循环过程中记录熄弧角的值并输入到控制系统中；

采用式一(1)建立换流器的状态空间模型，并列写换流器的状态方程：

式中，p＝d/dt为微分算子，状态变量x＝[i_Ay,i_By,i_Cy,i_Ad,i_Bd,i_Cd,i_S]^T；代数变量y＝[u_Ay,u_By,u_Cy,u_Ad,u_Bd,u_Cd,u_Dy,u_Dd]^T；输入变量u＝[u_A,u_B,u_C,u_ID]^T；系数矩阵T＝diag(L_y,L_y,L_y,L_d,L_d,L_d,L_S)，A、B、Z、D为当前工况的系数矩阵；

其中：i_Ay、i_By、i_Cy、i_Ad、i_Bd、i_Cd分别为各桥臂电感电流，i_S为平波电感电流；u_Ay、u_By、u_Cy、u_Ad、u_Bd、u_Cd、u_Dy、u_Dd为模型中各处电压差；u_A、u_B、u_C为逆变侧交流系统三相母线电压，u_ID为逆变侧的直流出口电压；L_y、L_d分别为Y-Y和Y-Δ联结的换流变压器变比及折算至阀侧的电感，L_S为平波电抗器电感采用式二(2)建立缓冲电路的状态空间模型，并列写缓冲电路的状态方程：

式中，△t为积分步长，缓冲电路模型状态变量i_x＝[i_xy,i_xd,i_zy,i_zd]^T，N、K分别为换流器的状态空间模型和缓冲电路模型的电流关系系数矩阵，M、Q分别为换流器的状态空间模型和缓冲电路模型的为电压关系系数矩阵，P(k)为设置i_x(k)当前工况初始值的系数矩阵，R、C分别为缓冲电路的电阻和电容；

其中，i_xy为影响Y-Y接换流器直流电路的缓冲电流，i_xd为影响Y-角接换流器直流电流的缓冲电流，i_zy为影响Y-Y接换流器交流电流的缓冲电流，i_zd为影响Y-角接交流电流的缓冲电流；

采用式三(3)建立直流线路的状态空间模型，并列写直流线路的状态方程：

式中，L_D、C_D、R_D分别为直流线路的电感电容及电阻，R_eq为整流侧准稳态模型的等效电阻，u_D为直流线路中点电容电压，u_RD、u_ID、i_RD、i_ID为直流线路整流侧和逆变侧的电压与电流，下标中R代表整流侧、I代表逆变侧；

采用式四(4)建立整流侧控制系统的状态空间模型，并列写整流侧控制系统的状态方程：

式中，x₁、x₂为整流侧控制系统的状态变量；G、T_IRD、T₁、K_P1为控制参数；为限幅参数；β_IRD、β_rec为中间变量；α为延迟触发角；

采用式五(5)建立低压限流环节的状态空间模型，并列写低压限流环节的状态方程：

式中，x₃、x₃₁为低压限流环节的状态变量；T_UID为控制参数；K₁、K₂、K₁₂、y₁、y₂、为分段函数参数；I_v、I_z为中间变量；I_ord为低压限流环节输出的电流值；

采用式六(6)建立逆变侧控制系统的状态空间模型，并列写逆变侧控制系统的状态方程：

式中，x₄、x₅、x₆为逆变侧控制系统的状态变量；γ_ord为熄弧角整定值；I_ord

为低压限流环节输出的电流值；Δγ_max为熄弧角最大偏差量；Δγ_cec为CEC环节的输出量；T_IID、T₂、T₃、K_P2、K_P3为控制参数；为限幅参数，ΔI、Δγ、β_IID、β_γ、β_inv1、β_inv2、β_inv为中间变量；γ_min为一个周期内熄弧角的最小值。

2.根据权利要求1所述的高压直流输电系统电磁暂态解析方法，其特征在于，根据逆变侧直流电流关系，将所述换流器的状态方程、所述缓冲电路的状态方程和所述直流线路的状态方程联立化简，得到一次设备全系统的差分方程为：

式中，u_I为逆变侧三相交流母线电压，为第j个时间间隔内的全系统方程系数矩阵；

设熄弧角为：

γ＝(t_x-t_j)ω，其中

式中，γ为熄弧角，ω为系统的角频率，β_j是第j个工况的结束时刻t_j的超前触发角，t_x为根据逆变侧三相电压值得到的自然换相点对应的时刻，t_j为第j个工况的结束时刻；

通过一次设备与控制系统的完整数据交互，求出当前时刻的状态变量及控制系统触发角的值。