高压直流输电系统逆变侧建模方法

摘要

本发明公开一种高压直流输电系统逆变侧建模方法，包括如下步骤：S1，建立±800kV特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型；S2，在S1的基础上建立±800kV特高压直流输电系统逆变站至交流母线等效模型；S3，在S2的基础上建立含杂散参数的交流滤波器模型；S4，在S3的基础上建立逆变侧交流母线和交流滤波器的保护系统。本发明的有益效果是：通过建立逆变侧仿真计算模型，可提高特高压直流输电系统建模的精确度，为往后特高压直流输电系统的建设提供参考，对于输电系统的仿真分析具有积极意义。

说明书

技术领域

本发明涉及超高压直流输电领域，尤其涉及一种高压直流输电系统逆变侧建模方法。

背景技术

直流输电具有损耗低，经济性好，便于实现电力系统联网等优点，经过了数十年的迅速发展，国内已经具有相当大的建设规模。随着特高压输电工程的发展，工程规模将会愈发庞大，结构愈发复杂，调度管理愈发困难，许多威胁安全生产运行的难题陆续出现。因此，如何准确有效地建立特高压直流输电系统的仿真模型，以进行输电系统各状态下的仿真，针对性地解决实际工程的问题，成为特高压直流输电系统必须解决的一个问题。

国内外已有特高压直流输电系统相关建模方法的研究，但目前的建模方法大部分都是采用内部过电压研究的建模方法，考虑的影响往往只考虑操作冲击波，而实际情况中滤波器投切、接地故障时避雷器的过电压的等值频率远高于操作波的范围，属于雷电冲击波，因此现有的建模模型仿真作用有限。另一方面，现有的建模方法往往把整个直流系统中的单组滤波器提取出来建模，并未综合整个直流输电系统进行考虑，导致了现有的建模方法与实际情况存在较大差异。

发明内容

针对上述问题，本发明综合考虑逆变侧输电线路的π型等效电路、交流滤波器的杂散参数以及交流母线、交流滤波器的保护策略，提出一种高压直流输电系统逆变侧建模方法，对于提高特高压直流输电系统模型的精确度具有积极的意义，主要解决现有的建模方法与实际情况存在较大差异的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种高压直流输电系统逆变侧建模方法，包括如下步骤：

S1，建立±800kV特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型；

S2，在S1的基础上建立±800kV特高压直流输电系统逆变站至交流母线等效模型；

S3，在S2的基础上建立含杂散参数的交流滤波器模型；

S4，在S3的基础上建立逆变侧交流母线和交流滤波器的保护系统。

在一些实施方式中，S1中建立的±800kV特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型具体为：根据该±800kV特高压直流输电系统的拓扑结构和系统参数，通过电磁暂态仿真软件建立系统逆变侧仿真计算模型。

在一些实施方式中，该电磁暂态仿真软件为PSCAD或EMTDC。

在一些实施方式中，该系统逆变侧仿真计算模型包括整流站模型、逆变站模型、正负极输电线路模型、控制系统模型以及保护系统模型。

在一些实施方式中，S2中建立的±800kV特高压直流输电系统逆变站至交流母线等效模型具体为：根据逆变侧换流阀正极到交流母线、换流阀负极到交流母线以及交流滤波器到交流母线的输电线路参数，将逆变站至交流母线、交流滤波器间的连接导线等效为π型等效电路。本发明重点考虑逆变侧输电线路的π型等效电路、交流滤波器的杂散参数和交流母线、交流滤波器保护策略，有利于提高系统精度。

在一些实施方式中，该输电线路参数包括线路单位长度电阻r₀、单位长度电感x₀、单位长度电导g₀和单位长度电纳b₀。

在一些实施方式中，S3中建立的含杂散参数的交流滤波器模型具体为：根据所述交流滤波器中的高压电容、高压电感、低压电感中的参数求解杂散电阻。

在一些实施方式中，该高压电容串联一个杂散电感，该高压电感和低压电感均串联一个杂散电阻(R_L1、R_L2)，定义高压电容C₁的杂散电感为L_C1，定义高压电感L₁的杂散电阻为R_L1，定义低压电感L₂的杂散电阻为R_L2，杂散电感L_C1取值为50uH，该杂散电阻R_L1和R_L2的计算方法如下式所示，

式中，Q为品质因数，取值为200，ω为谐振角频率，ω＝2πf，f为谐振频率，L为高压或低压电感，R为杂散电阻。

在一些实施方式中，S4中建立的逆变侧交流母线和交流滤波器的保护系统具体为：根据±800kV特高压直流输电系统换流站的运行规程，在该逆变侧仿真计算模型上建立了逆变侧交流母线保护和交流滤波器保护策略。

本发明的有益效果为：通过建立逆变侧仿真计算模型，可提高特高压直流输电系统建模的精确度，为往后特高压直流输电系统的建设提供参考，对于输电系统的仿真分析具有积极意义。

附图说明

图1为本发明高压直流输电系统逆变侧建模方法的流程图；

图2为本发明特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型示意图；

图3为本发明交流滤波器场的结构示意图；

图4为本发明交流滤波器的结构示意图；

图5为本发明逆变侧交流母线保护示意图；

图6为本发明逆变侧交流滤波器保护示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

根据图1所示,本实施例提出了一种高压直流输电系统逆变侧建模方法，包括如下步骤：

S1，建立±800kV特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型；S1中建立的±800kV特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型具体为：根据该±800kV特高压直流输电系统的拓扑结构和系统参数，通过电磁暂态仿真软件建立系统逆变侧仿真计算模型，该电磁暂态仿真软件为PSCAD或EMTDC，该系统逆变侧仿真计算模型包括整流站模型、逆变站模型、正负极输电线路模型、控制系统模型以及保护系统模型。

如图2所示，±800kV特高压直流输电系统每极采用双12阀组串联的连接方式。主要电气元件包括：直流滤波器、交流滤波器、换流变压器、直流、交流输电线路、平波电抗器。直流滤波器采用TT 12/24/45三调谐无源滤波器，换流变压器容量为750MW，接线方式为Y/△或Y/Y，整流站和逆变站正负极所装设平波电抗器的总电感量为300mH，极母线和中性母线各装设一个150mH平波电抗器组，每组分别采用两台75mH电抗器串联组成。

S2，在S1的基础上建立±800kV特高压直流输电系统逆变站至交流母线等效模型；S2中建立的±800kV特高压直流输电系统逆变站至交流母线等效模型具体为：根据逆变侧换流阀正极到交流母线、换流阀负极到交流母线以及交流滤波器到交流母线的输电线路参数，将逆变站至交流母线、交流滤波器间的连接导线等效为π型等效电路，该输电线路参数包括线路单位长度电阻r₀、单位长度电感x₀、单位长度电导g₀和单位长度电纳b₀。

结合图2、图3所示，逆变侧换流阀正极到交流母线、换流阀负极到交流母线、交流滤波器到交流母线以及各交流滤波器间的连接导线采用了π型等效电路。S2中交、直流输电线路参数如表1所示。该π型等效电路计算方法如下：由于输电线路含有对地电容，因此应在输电线路模型首末端添加相应参数，设输电线路单位长度阻抗为r0+jx0Ω/km，单位长度电导为g0+jb0 S/km，则π型等效电路中Z＝(r0+jx0)×l，Y＝(g0+jb0)×l，l为输电线路长度。经过计算，图2是特高压直流输电系统逆变侧仿真计算模型示意图，其中逆变侧连接交流滤波器与交流母线的输电导线(最上方)π型等效电路电阻为0.0040734Ω，电感为0.0756mH，首末端对地电容为0.0005562uF；连接换流阀正负极与交流母线的输电导线(中间和最下方)π型等效电路电阻为0.006789Ω，电感为0.126mH，首末端对地电容为0.000927uF。图3是交流滤波器场的结构示意图，其中交流滤波器间的π型等效电路电阻为0.0013578Ω，电感为25.2uH，对地电容为0.0001854uF。

表1交、直流输电线路参数

S3，在S2的基础上建立含杂散参数的交流滤波器模型；

如图4所示，S3中的逆变侧交流滤波器共有三种类型：(1)双调谐滤波器DT11/24(A型)，(2)双调谐滤波器DT13/36(B型)，(3)并联电容器Shunt C(C型)。考虑杂散参数，各滤波器电路具体参数如表2所示。

表2交流滤波器各元件参数

S3中建立的含杂散参数的交流滤波器模型具体为：根据所述交流滤波器中的高压电容、高压电感、低压电感中的参数求解杂散电阻。

该高压电容串联一个杂散电感，该高压电感和低压电感均串联一个杂散电阻(R_L1、R_L2)，定义高压电容C₁的杂散电感为L_C1，定义高压电感L₁的杂散电阻为R_L1，定义低压电感L₂的杂散电阻为R_L2，杂散电感L_C1取值为50uH，该杂散电阻R_L1和R_L2的计算方法如下式所示，

式中，Q为品质因数，取值为200，ω为谐振角频率，ω＝2πf，f为谐振频率，L为高压或低压电感，R为杂散电阻。对于R_L1，对于R_L2，计算后的交流滤波器具体参数如表3所示。

S4，在S3的基础上建立逆变侧交流母线和交流滤波器的保护系统；S4中建立的逆变侧交流母线和交流滤波器的保护系统具体为：根据±800kV特高压直流输电系统换流站的运行规程，在该逆变侧仿真计算模型上建立了逆变侧交流母线保护和交流滤波器保护策略。保护策略如图5、图6和表3所示。按照图5、图6的结构构建，得到逆变侧交流母线和逆变侧交流滤波器的优选结构。

表3交流母线和交流滤波器保护策略

通过建立逆变侧仿真计算模型，可提高特高压直流输电系统建模的精确度，为往后特高压直流输电系统的建设提供参考，对于输电系统的仿真分析具有积极意义。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。