[发明专利]一种基于解析法的高压直流输电系统稳态响应计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统仿真及计算领域，涉及基于晶闸管控制的双端高压直流输电系统的稳态响应计算。

背景技术

基于晶闸管控制的高压直流输电系统一般由换流变压器、换流器、滤波器、平波电抗器以及直流输电线路组成。高压直流输电系统的稳态响应计算是指在换流变压器母线电压为基波正弦量，且三相电压对称情况下，高压直流输电系统各元件的电流和电压的响应。其稳态解对于电力系统的分析，如在谐波计算以及电力系统的潮流计算方面，有重要的意义。

高压直流系统的整流器和逆变器在导通或者换相过程中，描述换流器及换流变压器动态行为的方程为常系数非齐次的线性方程组。另外，构成直流输电系统的滤波器、平波电抗器均为线性元件，而直流输电线路的动态行为也可使用线性元件近似。将各元件的方程按照电路原理相结合，可以形成直流系统在不同运行工况下的微分方程。由于上述元件均是线性的，因此在不同运行工况下，描述其动态行为的方程均为常系数非齐次的线性微分方程组。

在稳态情况下，高压直流输电系统不存在换相失败问题，到达稳态后，整流器和逆变器的触发角度均固定，直流系统的响应在交流系统一个周波内呈周期变化。直流系统的稳态响应与其控制规律密切相关，如整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制等。

目前，高压直流输电系统的稳态响应计算，一般通过电磁仿真方法进 行，即使用小步长的数值积分方法进行计算，要得到精确解，数值积分的步长要达到微秒级。采用这种方法不但计算量大，速度慢，而且存在截断误差，这些问题限制了其在大规模系统中的应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于解析法的高压直流输电系统稳态响应计算方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于解析法的高压直流输电系统稳态响应计算方法，该计算方法包括如下步骤：

A、对高压直流输电系统的平波电抗器、直流滤波器以及直流输电线路，按照电路原理，使用其电阻、电感及电容参数，建立描述其动态行为的线性微分方程；

B、考虑换流变压器的变比以及漏电感，建立整流器及逆变器不同相导通和关断状态下的线性微分方程；

C、步骤A和步骤B中得到的线性微分方程，结合电压电流关系，得出高压直流输电系统在不同运行工况下的微分代数方程组该微分代数方程组为常系数非齐次线性微分方程组；其中x_i为第i个运行工况下的状态量，A_i、B_i分别为状态和输入矩阵，输入u(t)为整流侧与逆变侧的三相电压瞬时表达式；

D、根据交流系统电压以及高压直流输电系统的控制规律，利用准稳态模型根据高压直流输电系统整流侧的触发延迟角α、逆变侧的触发超前角β和变压器变比k，计算在第i个运行工况下交流电压相位角θ₀及其状态变量初值x_i0；

E、在高压直流输电系统两侧的交流系统一个周期T内进行计算：

F、判断计算是否收敛，如果收敛，继续下一步，否则转到步骤E继续计算；

G、计算得到的数值是否满足控制规律，如果满足，完成计算；否则修改整流侧的触发延迟角α、逆变侧的触发超前角β和/或变压器变比k，转到步骤D并继续计算。

本发明的方法适用于传统的采用晶闸管换流器的双端高压直流输电系统。

本发明中，对于直流输电系统而言，其元件包括换流变压器、整流器、逆变器、平波电抗器、直流滤波器以及直流输电线路。

在本发明中，直流输电线路采用多个T型电路进行级联等效。对于换流变压器，不考虑其激磁支路的影响，仅考虑其变比以及漏感，并将参数折算到变压器二次侧。由于换流变压器的电感效应，流经晶闸管的电流不能瞬时降低为零，晶闸管不能瞬时关断，使得直流系统整流器和逆变器均存在着换相过程。

在电力系统稳态计算中，交流系统一般采用准稳态模型，即交流系统电压和电流一般仅考虑基波正弦分量，因此直流换流变压器交流母线电压为三相对称的正弦量。

本发明的方法不需要对直流输电系统进行简化，不受电磁暂态仿真积分步长的限制，计算效率高，且不存在截断误差，能够保证计算结果的精确性。

本发明的计算方法通过使用解析法求解，具有简单快捷的优点，能够通过编程进行实现。

根据本发明另一具体实施方式，步骤E包括如下步骤：

E1、计算第i个运行工况下常系数非齐次线性微分方程组的解如下：