[发明专利]一种LCC-MMC混合直流电网的机电暂态建模方法

说明书

本申请公开了一种LCC‑MMC混合直流电网的机电暂态建模方法，构造出的LCC‑MMC混合直流电网的机电暂态模型考虑了MMC直流侧模型的动态特性，因此模型的准确性更高。此外，本申请中采用状态空间表达式将直流网络、换流站的代数‑微分数学模型以及控制器的代数‑微分方程统一结合求解，因此建模难度低，实施方便。本申请所构造出的模型可用于含LCC‑MMC混合直流电网的暂态稳定分析，在电网的规划、设计和运行具有重要应用。

技术领域

本申请涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种LCC-MMC混合直流电网的机电暂态建模方法。

背景技术

电网换相的换流器(Line Communicated Converter，LCC)在高电压等级和大容量功率传输的直流输电中扮演着极其重要的角色。LCC的传统直流输电系统具有技术成熟、运行经验丰富和经济性较高等优势，然而基于LCC的传统直流输电系统的逆变侧面临着换相失败的风险，一旦发生这种情况，将会对交直流系统产生很大的冲击。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)是学术界和工业界关注的热点。基于MMC的柔性直流输电系统(MMC-HVDC)在光伏、风电等新能源并网，实现超大规模城市输配电，在偏远海岛、孤立负荷和无源网络送电等场合具有更强的竞争力；其诸多优势包括模块化设计安装简单方便，结构紧凑占地面积小，能够从根本上消除换相失败的问题。

由于同时具备LCC和MMC的优势，LCC-MMC混合直流电网近年来受到越来越多的关注。世界上尚未有在运的LCC-MMC混合直流电网工程，目前中国南方电网公司正在建设乌东德三端混合直流送出工程，其中规划方案之一是云南送端换流站采用LCC，广东和广西受端换流站采用MMC。LCC-MMC混合直流电网的引入，对电力系统的暂态稳定分析提出了新的要求和挑战。

从现代大电网的角度来看，LCC-MMC混合直流电网仅仅是大电网的一个元件或者是一个子系统。大电网的规划、设计和运行无不与大电网的机电暂态过程分析密切相关。对于电力系统的暂态稳定性分析，通常较为关心LCC-MMC混合直流电网与交流系统的能量交换，也即只考虑LCC-MMC混合直流电网在基频下的运行特性。由于现有的电力系统机电暂态仿真软件缺乏LCC-MMC混合直流电网模型，无法满足工程实际需求。因此，建立一个能够正确反映LCC-MMC混合直流输电系统基频动态特性的机电暂态模型显得尤为重要。然而，现有的LCC-MMC混合直流电网的机电暂态模型研究中，没有考虑MMC直流侧模型的动态特性，因此模型的准确性还有待提高；此外，直流网络的动态特性并非采用状态空间的形式来描述，不能够跟换流站的数学模型以及控制器模型统一结合，因此会增加建模的难度。

发明内容

本申请提供了一种LCC-MMC混合直流电网的机电暂态建模方法，以解决目前换流站分析机电暂态过程的建模难度大的问题。

本申请提供了一种LCC-MMC混合直流电网的机电暂态建模方法，包括：

构造LCC换流站交流侧等效电路的代数方程、LCC换流站直流侧等效电路的微分方程、MMC换流站交流侧等效电路的微分方程和MMC换流站直流侧等效电路的微分方程；

构造LCC换流站控制器的代数-微分方程、MMC换流站内环控制器的代数-微分方程和MMC换流站外环控制器的代数-微分方程；

构造直流网络的代数-微分方程；

根据所述LCC换流站交流侧等效电路的代数方程、所述LCC换流站直流侧等效电路的微分方程、所述MMC换流站交流侧等效电路的微分方程、所述MMC换流站直流侧等效电路的微分方程、所述LCC换流站控制器的代数-微分方程、所述MMC换流站内环控制器的代数-微分方程、所述MMC换流站外环控制器的代数-微分方程和所述直流网络的代数-微分方程，用状态空间的形式统一组合和求解，构成完整的LCC-MMC混合直流电网的机电暂态模型。

可选的，所述LCC换流站交流侧等效电路的代数方程为：