[发明专利]一种大规模交直流电力系统电磁暂态仿真模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种大规模交直流电力系统电磁暂态仿真模型的构建方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，为提供安全、可靠和充裕的电力供应，电力系统近年来不断得到了完善与升级。特别是特高压交流与特高压直流工程的陆续投运，标志着我国电力系统已经发展成为包含多机（上千台机）、大电网（上万条线路、母线）、交直流混合输电和大区联网特点的复杂电网。通常对电网存在的不稳定因素，需要通过电力系统仿真分析研究并提出保证系统稳定运行的方案。

大规模交直流系统的仿真分析虽然可以采用机电暂态仿真软件，如PSS/E（电力系统工程仿真软件，Power System Simulator for Engineering）、BPA（Bonneville Power Administration），但由于机电暂态仿真软件中对交流网络采用正序基波相量模型，直流系统采用准稳态模型描述，以上两大因素决定了机电暂态仿真无法准确模拟非基频下交直流的相互作用特性，交流不对称故障、直流线路故障以及与直流控制系统性能密切相关的扰动后直流系统恢复等问题。要想准确模拟交直流系统的相互作用特性，需要采用电磁暂态仿真方式。

由于电磁暂态仿真需要对各元件进行详细建模，并且仿真步长小（通常为50μs），因此计算量非常之大，对于大规模交直流系统是无法直接使用电磁暂态仿真软件进行分析与计算。此外，对于大规模电网（如区域电网）的数据格式通常是机电暂态仿真软件下的，而非电磁暂态仿真软件的数据格式。因此为建立大规模交直流电力系统的电磁暂态仿真模型，首先需要对原系统进行等值简化，然后根据一套机电暂态模型与电磁暂态模型转换对应的原则建立电磁暂态仿真模型。

目前，对于如何建立大规模交直流电力系统的电磁暂态模型问题没有一个系统的解决方法。同时，传统的机电暂态仿真下的动态等值方法如同调等值法、模态等值法和基于参数辨识的估计动态等值法，在等值过程中会在某些连接支路形成负电阻支路，因而无法适用于电磁暂态仿真分析。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种大规模交直流电力系统电磁暂态仿真模型的构建方法，能够对大规模交直流电力系统进行电磁暂态仿真，以分析系统交直流的相互作用特性。

一种大规模交直流电力系统电磁暂态仿真模型的构建方法，包括如下步骤：

（1）利用机电暂态仿真软件对大规模交直流电力系统中的母线及线路进行遍历扫描，得到系统各母线及各线路的电气信息；进而将系统分层为主干网架和低压网架；

（2）根据连接特性将低压网架中的各低压网络分成两类：单母线网架结构和多母线网架结构；并计算各低压网络注入到对应连接母线的短路电流；

（3）根据低压网络的结构，对低压网架中的各低压网络进行等效简化，进而根据所述的短路电流确定低压网络等效电路结构中各设备的参数；

（4）根据所述的设备参数，通过对简化后系统中各组件在电磁暂态仿真软件中对应的模型进行参数整定，得到系统的电磁暂态仿真模型。

所述的步骤（1）中对系统进行分层的标准为：使系统中电压等级≥Vf的母线及线路归为主干网架，其余母线、线路及其所连接的负荷和无功补偿装置均归为低压网架，Vf为给定的高压阈值。

所述的步骤（2）中，对于单母线网架结构的低压网络，其只与主干网架中一条母线连接；对于多单母线网架结构的低压网络，其与主干网架中至少两条母线连接。

所述的步骤（2）中计算短路电流的方法为：对于主干网架中各母线施加三相短路故障，进而利用机电暂态仿真软件计算各低压网络注入到对应连接母线的短路电流。

所述的步骤（3）中，对于单母线网架结构的低压网络，且该低压网络与主干网架中一母线L连接，则该低压网络的等效电路结构由一等值发电机、一等值无功补偿装置和一等值负荷组成，其中：等值发电机通过一升压变压器与母线L相连，等值负荷和等值无功补偿装置共同通过一降压变压器与母线L相连；

对于多母线网架结构的低压网络，且该低压网络与主干网架中的n条母线相连，n为大于1的自然数，则该低压网络的等效电路结构由一等值发电机、一等值无功补偿装置和n个等值负荷组成，其中：等值发电机与等值无功补偿装置连接后通过n台升压变压器分别与n条母线相连，等值负荷通过一降压变压器与对应的母线相连。