[发明专利]一种不对称故障直流系统准稳态模型构建方法

摘要

一种不对称故障直流系统准稳态模型构建方法，在超高压、特高压直流换流站内，当交流系统发生不对称故障时，利用站内控制中心获取逆变侧交流系统三相线电压半个周波的波形信息，通过不对称换相电压的实际波形来预测换相线电压的过零时刻，改进各晶闸管阀组触发脉冲的触发时刻，进而得到计及换相电压大小变化所引起的直流平均电压和换相角的数值，从而得到不对称故障下直流系统的改进准稳态模型，以更准确、快速地进行交直流混联电力系统的机电暂态仿真。

主权项

不对称故障下直流系统准稳态模型构建方法，其特征在于：在超高压、特高压直流换流站内，当交流系统发生不对称故障时，利用站内控制中心获取交流系统三相电压半个周波的波形信息，执行以下步骤：步骤一：直流输电系统换流器的六个晶闸管阀组编号上桥臂编号顺序为阀1‑阀3‑阀5，下桥臂编号顺序为阀4‑阀6‑阀2；根据瞬时值表示的不对称三相相电压：ea(ωt)=2Uasin(ωt+θa)eb(ωt)=2Ubsin(ωt+θb)ec(ωt)=2Ucsin(ωt+θc)---(1)]]>式中：Ua、Ub、Uc为不对称a、b、c三相电压的有效值；θa、θb、θc为不对称a、b、c三相电压的相位，ω为交流系统的角频率；一周波内六个晶闸管阀不对称换相线电压的实际过零点的具体时刻如下计算：C1=arctan(Ucsinθc-UasinθaUacosθa-Uccosθc)(±)πC2=arctan(Ubsinθb-UcsinθcUccosθc-Ubcosθb)(±)πC3=arctan(Uasinθa-UbsinθbUbcosθb-Uacosθa)(±)πC4=C1+πC5=C2+πC6=C3+π---(6)]]>式中：Ci为不对称故障波形下的阀i换相线电压的过零点，i＝1,2,…,6；步骤二：以阀3三个相邻过零点为基准的触发电角度之平均值来确定阀3的触发脉冲，进而按等间隔触发其他阀；根据式(6)所计算的换相线电压的6个过零点，能够得出直流输电系统逆变侧各阀的触发脉冲发出电角度的计算公式如下：p3=(C1+αI+2π3+C2+αI+π3+C3+αI)/3p2=p3-π/3p1=p2-π/3p6=p1-π/3p5=p6-π/3p4=p5-π/3---(7)]]>式中：αI为直流输电系统的调节系统给出的逆变侧触发滞后角，单位为rad，pi为不对称故障波形下的阀i触发脉冲的电角度，i＝1,2,…,6；步骤三：以直流输电系统逆变侧阀6触发脉冲发出时刻‑阀1‑阀2‑阀3触发脉冲发出时刻的半个周波电压波形求取直流电压UdI的计算公式，即对阀p6‑p3的时段进行计算如下：UdI=-{1π(∫p6p1ecb(ωt)dωt)+∫p1p2eab(ωt)dωt+∫p2p3eac(ωt)dωt)-RIIdI}---(10)]]>式中：RI为逆变侧等值换相电阻，IdI为逆变侧直流电流，RI与IdI的乘积近似等值换相过程引起的电压变化ΔV；将不对三相相电压实际波形(1)，代入上式(10)可得：UdI=-{2π(∫p6p1ecb(ωt)(Ucsin(ωt+θc)-Ubsin(ωt+θb))dωt+∫p1p2eab(ωt)(Uasin(ωt+θa)-Ubsin(ωt+θb))dωt+∫p2p3eac(ωt)(Uasin(ωt+θa)-Ucsin(ωt+θc))dωt)-RIIdI}---(11)]]>对上式(11)进行积分求解得到不对称换相电压作用下，直流输电系统逆变侧直流平均电压的计算公式如式(12)所示；UdI=-{2π[Ub(cos(p6+θb)-cos(p5+θb))-Uc(cos(p6+θc)-cos(p5+θc))+Ub(cos(p5+θb)-cos(p4+θb))-Ua(cos(p5+θa)-cos(p4+θa))+Uc(cos(p4+θc)-cos(p3+θc))-Ua(cos(p5+θa)-cos(p3+θa))]-RIIdI}---(12)]]>步骤四：不对称换相电压作用下，阀i的换相角μi计算公式如下：sinμi=[Id(t)-Ispicos(pi+θpi)+Isqicos(pi+θqi)-(1-sin2μi)(Isqicos(pi+θqi)-Ispicos(pi+θpi))]/[Ispisin(pi+θpi)-Isqisin(pi+θqi)]---(20)]]>式中：i为阀的编号，Id(t)为直流电流，p为投入相，q为退出相，r为另外半桥导通的相，Uspi、Usqi为不对称故障下投入和退出相的相电压有效值，Lr为等值换相电抗；进而，得出各阀的关断越前角δi修正后的计算公式如下：δi＝Ci‑pi‑μi i＝1,2,…,6  (21)式中：Ci为不对称故障波形下的阀i换相线电压的过零点，i＝1,2,…6，分别如式(6)所示；直流输电系统的调节系统取一个周波六个晶闸管阀关断越前角的最小值进行晶闸管阀的调节计算，以尽量模拟交直流混联系统不对称故障情况下直流输电系统的实际调节过程，准确仿真出直流换相失败或直流闭锁的场景；因此，一个周波的关断越前角δ为：δ＝min{δi}i＝1,2,…,6  (22)。