[发明专利]一种HVDC系统的状态空间模型构建方法及仿真方法

说明书

本发明涉及了一种HVDC系统的状态空间模型构建方法及仿真方法，所述构建方法包括如下步骤：以换流阀的阀电流和缓冲电流为状态变量，构建HVDC系统的换流变压器和换流器的状态空间子模型；建立HVDC系统的直流线路的状态空间子模型；根据换流变压器和换流器的状态空间子模型和直流线路的状态空间子模型，构建HVDC系统的状态空间模型。本发明以阀电流和缓冲电流作为状态变量对晶闸管进行建模，更贴近晶闸管元件特性，模型精度更高，并且可以模拟换流站闭锁等工况。同时计算结果数值稳定性比较高，解决了晶闸管关断时直流电流仿真结果存在较大误差这一问题，提高了晶闸管关断时HVDC系统暂态仿真结果的准确性。

技术领域

本发明涉及性能仿真技术领域，特别是涉及一种HVDC系统的状态空间模型构建方法及仿真方法。

背景技术

高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)以其可实现交流电网的异步连接、控制灵活性强等特点正得到快速发展和广泛应用。特别是随着大范围能源优化配置、大规模可再生能源发电并网等需求的扩大，直流输电工程项目得到快速实施。

研究成果表明，HVDC的详细模型采用准稳态方程，这难以准确描述换流站附近的不对称短路故障所引起的HVDC动态行为以及逆变器交流侧不对称故障或换流变压器饱和可能引起的换相失败故障。在准稳态模型的基础上，引入动态相量法进行HVDC解析建模，用开关函数表示桥臂开关状态，仿真精确程度介于准稳态模型和电磁暂态仿真模型之间。电磁暂态仿真通常用来分析HVDC系统发生故障时的暂态响应过程和具体控制特性，当要求得到考虑换流阀的HVDC准确时域响应时，需要使用较小的积分步长，计算速度慢。

为了提升电磁暂态仿真速度，且为了配合在交直流混联和直流馈入式电力系统的混合仿真中的相应接口技术，目前相关研究提出建立结构化子系统线性状态空间模型来准确描述HVDC输电系统，并通过联接矩阵将各子系统互联构建全系统线性化建模的方法，该方法为采用状态空间法求解HVDC系统数学模型的解析算法，模型可精确到阀级，计算速度快于电磁暂态仿真，在追求更高精度的同时解决了计算规模问题。

然而，目前状态空间法建立直流系统模型没有考虑缓冲电路，当缓冲回路时间常数大于仿真步长时，缓冲电流在阀关断期间的突变峰值会在交直流回路的电感上产生不可忽略的感应电压，尤其对于直流回路来说，感应电压会随着周期叠加，会使晶闸管关断时直流电流仿真结果存在较大误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种HVDC系统的状态空间模型构建方法及仿真方法，以提高晶闸管关断时HVDC系统暂态仿真结果的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种HVDC系统的状态空间模型构建方法，所述构建方法包括如下步骤：

以换流阀的阀电流和缓冲电流为状态变量，构建HVDC系统的换流变压器和换流器的状态空间子模型；

建立HVDC系统的直流线路的状态空间子模型；

根据换流变压器和换流器的状态空间子模型和直流线路的状态空间子模型，构建HVDC系统的状态空间模型。

可选的，以换流阀的阀电流和缓冲电流为状态变量，构建HVDC系统的换流变压器和换流器的状态空间子模型为：

其中，G为用晶闸管阀电流表示变压器阀侧线电流的关联矩阵，I_val为换流阀的阀电流，I_sub为换流阀的缓冲电流，R_val为晶闸管等效电阻，U_s(L-L)为变压器网侧线电压；

L_ac为变压器的一次侧等值电感L_d和二次侧等值电感L_y组成的参数矩阵，