[发明专利]基于机电暂态的直流输电系统换相失败判断与模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统直流输电技术领域，特别涉及一种基于机电暂态的直流输电系统换相失败判断与模拟方法。

背景技术

直流输电系统换相失败是以晶闸管为换流元件的直流系统常见的现象。晶闸管阀的一个特性是其由正向导通转关断的过程中，在正向导通阶段内部储存的游离子必须在阀能够建立正向电压阻断能力之前予以去除/复合。因此，直流系统的换流器需要一定的最小反向电压——时间区域，即晶闸管阀在反向电压作用下持续一段时间以实现去游离/游离子复合。从能量概念来分析，晶闸管阀由正向导通转关断，对游离子进行去游离这个过程，实际上是由外部提供能量改变晶闸管阀状态的过程。对于某一特定的晶闸管阀，去游离所需的能量是一个定值，该能量是以晶闸管阀承受的反向电压——去游离持续时间这个区域的面积来表示。当交流系统发生三相或单相短路故障，会导致换流母线电压跌落，自然换相点不变，电压下降引起的换相能量（电压对时间的积分面积）不足，进而引起换相失败。

目前，我国已有越来越多的直流输电工程投入电网运行，南方电网已形成了“八交五直”的交直流混合输电系统，成为世界上最大的多馈入交直流混合系统。在交直流混合系统中，直流系统换相失败是直流系统最常见的故障之一。连续的换相失败不仅严重威胁直流系统本身的安全稳定运行，而且有可能造成交流系统继电保护的不正确动作，甚至引起一系列控制保护装置的动作，造成严重后果。因此，有效判断与模拟电网中不同地点发生的三相短路和单相接地短路故障是否会导致直流输电逆变器发生换相失败、以及故障清除后直流输电功率恢复特性对稳定性分析结果具有重要影响，尤其是对直流多落点电网，某些故障可能会引起多个直流输电逆变器同时发生换相失败，如果不能正确地通过仿真计算来判断与模拟换相失败和故障恢复特性，则交直流相互影响分析的结果可能与实际电力系统的性能有较大的出入。

电磁暂态仿真方法考虑了直流系统及其控制保护系统电磁暂态特性、输电线路分布参数特性和参数的频率特性、发电机的电磁过程以及系列元件的非线性特性，可以较准确模拟交流系统故障后直流系统换相失败全过程。但由于受仿真模型和算法的限制，电磁暂态仿真求解速度非常慢，无法进行大规模扫描仿真计算，且所能描述的电力系统规模也相对较小，往往需要进行系统等值，进而在一定程度上丢失了交流系统的一些固有特性。同时，当前电力系统的运行、调度、规划部门乃至研究、试验部门广泛采用机电暂态仿真程序进行交直流电力系统仿真，而且未来较长的一段时间仍然会在交直流电力系统的分析计算中占据着主导地位。但随着交直流电力系统的快速发展，机电暂态程序在实际应用中的一些不足之处逐渐突显，包括：

（1）机电暂态仿真程序的直流模型中，不包含模拟直流系统换流阀组及其触发系统，无法模拟换流阀的电压和电流，无法详细模拟逆变侧的换相失败过程，只能根据逆变器熄弧角的大小粗略地判断是否发生换相失败。

（2）机电暂态仿真程序的直流模型是以换流母线三相交流电压对称为前提条件的，当在交流系统不对称故障期间，换流站交流母线的电压不再对称，准稳态模型在此期间仿真结果是不严格精确的。

（3）机电暂态仿真程序的直流模型只考虑系统基波特性，对直流系统的谐波特性没有模拟，也没有考虑换流站的各种损耗，无功计算值可能会引起较大的误差。

上述不足，导致机电暂态仿真对直流系统换相失败的模拟偏乐观，主要表现在交流系统发生三相（单相）短路故障期间，机电暂态仿真结果的直流功率较实际运行值略大，而且当短路故障消失后，机电暂态仿真结果的直流功率恢复速度也相对较实际运行值快。考虑到电力系统计算分析是否稳定应当采用相对保守的计算方法，因此需要研究针对机电暂态仿真的能够保守分析的直流输电系统换相失败判断与模拟方法。

发明内容

本发明的目的是为克服机电暂态仿真对直流系统换相失败的模拟状态偏乐观的不足与缺点，提出一种基于机电暂态的直流输电系统换相失败判断与模拟方法。该法考虑了直流输电系统换相失败和直流功率恢复特性，简单实用且偏保守的机电暂态仿真判断方法。

本发明的目的由以下技术措施实现：

一种基于机电暂态仿真的直流输电系统换相失败判断方法，包括以下步骤：

S1.建立含有直流输电的交直流电力系统机电暂态仿真模型，包括潮流计算模型和稳定计算模型；