[发明专利]高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法

权利要求书

1.一种高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、电压计算；

步骤1.1、在时间间隔τ内，τ∈(t-T₀,t]，分别采样获得换流器直流侧电流i_d(t)和换流器交流侧相电压u_a(t)、u_b(t)和u_c(t)，利用式(1)计算获得换流器交流侧各线电压幅值u_mn(t)：

u_mn(t)＝u_m(t)-u_n(t) (1)，

式(1)中，m＝a、b或c，n＝a、b或c，分别对应A相、B相和C相，mn＝ab、bc或ca，所述换流器直流侧是指高压直流输电系统直流电流输入部分，换流器交流侧是指高压直流输电系统交流电压输入部分；

步骤1.2、针对步骤1.1中获得的换流器交流侧相电压u_mn(t)和换流器交流侧线电压u_m(t)，利用离散傅里叶变换分别变换得到换流器交流侧相电压一阶动态相量<U_m>₁和换流器交流侧线电压一阶动态相量<U_mn>₁；

步骤2、获取相位偏移；

步骤2.1、利用式(2)将换流器交流侧线电压一阶动态相量<U_ab>₁、<U_bc>₁和<U_ca>₁通过坐标变换得到换相电压α分量以及换相电压β分量

将换相电压α分量和换相电压β分量分别展开表示为：和U_α和U_β分别是换相电压α分量和换相电压β分量的幅值，和分别为换相电压α分量和换相电压β分量的相位；

步骤2.2、利用式(3)计算获得高压直流输电系统中直流控制系统同步电压相位

步骤2.3、根据交流系统发生不对称故障时各线电压的相位，利用式(4)分别计算获得同步电压的相位偏移：

式(4)中，和一一对应为发生不对称故障时各线电压U_ca、U_ab和U_bc的相位，和一一对应为各线电压U_ca、U_ab和U_bc的相间同步电压的相位偏移。

步骤3、计算实际触发角：

采样获得直流控制系统发出的触发角指令α₀，利用式(5)计算获得三相换流阀的换相偏移角θ_mn和实际触发角α_mn：

步骤4、计算计及二次谐波的换流器三相换流阀之间的换相角；

步骤4.1、针对步骤1.1中采样获得的换流器直流侧电流i_d(t)进行离散傅里叶变换，分别获得换流器直流侧电流的零阶动态相量<I_d>₀和二阶动态相量<I_d>₂；

步骤4.2、利用式(6)计算获得换流器三相换流阀之间的换相角μ_mn：

式(6)中，X_r为换流器等值至阀侧的电抗值，为直流电流二次谐波初相位；

步骤5、建立换流器改进开关函数模型：

步骤5.1、将三相开关函数S_m展开成各分量，分别是：基本分量S_j、修正分量S_gm和换相分量S_μm，所述换相分量S_μm包含电压换相分量S_uμm和电流换相分量S_iμm；

步骤5.2、利用傅里叶级数将所述各分量展开成：S_j(ωt)，S_g(ωt,θ_mn)，S_uμ(ωt,μ_mn)和S_iμ(ωt,μ_mn)；

步骤5.3、根据三相换流阀的换相偏移角θ_mn、实际触发角α_mn、三相换流阀之间的换相角μ_mn，利用式(7)建立初始换流器开关函数模型S′_um和S′_im：

步骤5.4、通过对初始换流器开关函数模型在相位上做滞后矫正，将电压开关函数S′_um和电流开关函数S′_im统一表达为S′_m,建立如式(8)所示的换流器开关函数改进模型S_m：

步骤5.5、利用离散傅里叶变换按式(9)获得三相电压开关函数S_um和三相电流开关函数S_im的q阶动态相量形式：

式(9)中，<s_um>_q为三相电压开关函数S_um的q阶动态相量，<s_im>_q为三相电流开关函数S_im的q阶动态相量；

步骤6、对各分量进行序分量分解：

步骤6.1、利用式(10)计算正、负序电压开关函数和电流开关函数的q阶动态相量：

式(10)中，h＝e^j2π/3，为正、负序电压开关函数的q阶动态相量，为正、负序电流开关函数的q阶动态相量；

步骤6.2、利用式(11)计算换流器交流侧三相电压正、负序分量的(p-q)阶动态相量<u⁺>_p-q和<u^->_p-q：

式(11)中，p、q为任意非零整数，且p≠q，<u_a>_p-q、<u_b>_p-q和<u_c>_p-q分别为换流母线A、B、C三相电压的(p-q)阶动态相量；

步骤7、构造换流器的动态相量模型：

步骤7.1、利用式(12)计算获得交流侧电流和直流侧电压的动态相量：

式(12)中，<i⁺>_k和<i^->_k分别为换流器交流侧电流正负序分量的k阶动态相量，<u_d>_p为换流器直流侧电压的p阶动态相量，<i_d>_k-q是通过离散傅里叶变换计算得到的换流器直流侧电流的(k-q)阶动态相量；

步骤7.2基于对不故障发生时刻非特征谐波分析，换流器交流侧的交流电流包含基波和3次谐波分量，直流侧直流电压包含直流量和2次谐波分量，建立由式(13)所表征的换流器的动态相量模型：

2.根据权利要求1所述的高压直流输电系统换流器的动态相量建模方法，其特征是：式(7)中各修正分量S_gm、电压换相分量S_uμm和电流换相分量S_iμm分别是：

S_ga＝S_g(ωt-π/3,θ_ab)-S_g(ωt-π/3,θ_ca)，

S_gb＝S_g(ωt-π/3,θ_bc)-S_g(ωt-π/3,θ_ab)，

S_gc＝S_g(ωt-π/3,θ_ca)+S_g(ωt-π/3,θ_bc)，

S_uμa＝S_uμ(ωt-π/3-θ_ab,μ_ab)-S_uμ(ωt+π/3-θ_ca,θ_ca)，

S_uμb＝-S_uμ(ωt-θ_bc,θ_bc)-S_uμ(ωt-π/3-θ_ab,θ_ab)，

S_uμc＝S_uμ(ωt+π/3-θ_ca,θ_ca)-S_uμ(ωt-θ_bc,θ_bc)，

S_iμa＝S_iμ(ωt-π/3-θ_ab,μ_ab)-S_iμ(ωt+π/3-θ_ca,μ_ca)，

S_iμb＝-S_iμ(ωt-θ_bc,μ_bc)-S_iμ(ωt-π/3-θ_ab,μ_bc)，

S_iμc＝S_iμ(ωt+π/3-θ_ca,μ_ca)-S_iμ(ωt-θ_bc,μ_bc)，

其中：θ_ca为CA两相换相时A相换流阀的换相偏移角，θ_ab为AB两相换相时B相换流阀的换相偏移角，θ_bc为BC两相换相时C相换流阀的换相偏移角。