一种高压直流输电直流回路谐振特性的计算分析方法
【专利摘要】本发明是一种高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法。包括以下步骤：1）搭建直流回路谐振模型：根据需要研究的直流系统，在EMTDC仿真模型中输入系统参数，建立直流回路等效简化仿真模型：2）设置单位冲击电压源；3）确定研究工况；4）时域仿真；5）分析阻抗特性；6）谐振特性分析；7）工频及二次工频检验；8）故障扰动对直流回路谐振的仿真校验；9）计算结论分析。本发明可以较为准确地计算出不同频率下的直流回路阻抗，能更为精确分析工频和二次工频响应情况，具有较强的操作性和工程实用性。
【专利说明】一种高压直流输电直流回路谐振特性的计算分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种电力系统高压直流输电【技术领域】的方法，具体是一种使用单位冲击电压源的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法。
【背景技术】
[0002]在直流输电系统中，由于交直流系统之间的相互影响，往往任意一侧的扰动都有可能导致系统的振荡。而当直流回路的固有谐振频率处于基波或2次谐波频率时，扰动所引起的振荡可能会导致设备的损坏。对于输电线路长度较短的直流工程，谐振频率一般距离基频和2次频率较远，因此一般不需要特别考虑谐振问题，但500kV及以上特高压直流工程线路长达千米，谐振问题很突出，因此直流回路谐振研究已引起越来越多的关注。
[0003]传统直流系统研究中，一般是在平抗电感值选择的部分，对直流回路谐振特性进行分析，并通过改变相关系统参数，使直流回路的固有谐振频率与基波频率和2次谐波频率保持一定的距离。由于直流输电系统存在换流器这一非线性元件，使得直流回路的谐振特性并不能采用常规的频率扫描方法来进行计算。早先，建模时，模拟换流器的最简单方法是用I个内电感来表示6脉动换流器，这种做法是在假定换流站交流母线接在无穷大系统上而得出的，而事实上交流系统的短路比并不是无穷大，因此，采用上述公式模拟换流器进而计算直流回路的谐振特性与实际情况不符。后来，一些学者提出了三脉动换流器等效模型，极大提高了换流器等效精度。三脉动模型也被引入到直流谐振扫描中。目前对直流系统谐振特性主要采用 阻抗频率特性扫描和故障仿真相结合的方法。
[0004]根据直流输电的基本理论，交流侧到直流侧的谐波电压变换关系为:正序谐波，次数减I ;负序谐波，次数加I ;而直流侧到交流侧的谐波电流变换关系为:正序谐波，次数加I ;负序谐波，次数减I。对于直流回路本身，单一频率的电压激励将会产生一系列频率的电流响应，但相同频率的电流响应占有绝对主导的地位。由于计算直流回路阻抗的目的是分析直流回路的谐振特性，而换流器在直流侧的特性可以等效为带内阻抗的电压源，因而直流回路在任意频率下的阻抗可以按如下方式来定义:从整流侧看出去的直流回路阻抗定义为:在换流器后平抗前(此处定义为A点)插入一个设定频率f的小值电压源，设其电压相量为队江)，测量流经A点的同频率电流相量Ia(f)，其参考正方向与插入的电压源一致；于是，从整流侧看出去的直流回路阻抗Za(f)可以表示为:
[0005]Z| (.,) = ? d⑴
[0006]同理，可以类似地推出从逆变侧看出去的直流回路阻抗的定义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法。本发明可以较为准确地计算出不同频率下的直流回路阻抗，能更为精确分析工频和二次工频响应情况，具有较强的操作性和工程实用性。[0008]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，包括以下步骤:
[0009]I)搭建直流回路谐振模型:根据需要研究的直流系统，在EMTDC仿真模型中输入系统参数，建立直流回路等效简化仿真模型:
[0010]2 )设置单位冲击电压源；
[0011]3)确定研究工况；
[0012]4)时域仿真；
[0013]5)分析阻抗特性；
[0014]6)谐振特性分析；
[0015]7 )工频及二次工频检验；
[0016]8)故障扰动对直流回路谐振的仿真校验；
[0017]9)计算结论分析。
[0018]上述步骤I)中，建立直流回路等效简化仿真模型包括如下内容:
[0019]a交流系统，对交流系统的建模不考虑滤波器的影响，将系统短路阻抗折算到直流回路中，方法如下:假设La。两端电压为Uu。，电流为Iu。，而由于同一条交流母线同时接到多个6脉动换流器，因此换流变交流侧电流为:I=IueAi ;其中η为直流侧每站6脉动换流器数量；因此交流系统阻抗折算到换流变直流侧为:
【权利要求】
1.一种高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于包括以下步骤: 1)搭建直流回路谐振模型:根据需要研究的直流系统，在EMTDC仿真模型中输入系统参数，建立直流回路等效简化仿真模型: 2)设置单位冲击电压源； 3)确定研究工况； 4)时域仿真； 5)分析阻抗特性； 6)谐振特性分析； 7)工频及二次工频检验； 8)故障扰动对直流回路谐振的仿真校验； 9)计算结论分析。
2.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤I)中，建立直流回路等效简化仿真模型包括如下内容: a交流系统，对交流系统的建模不 考虑滤波器的影响，将系统短路阻抗折算到直流回路中，方法如下:假设La。两端电压为Uu。，电流为Ila。，而由于同一条交流母线同时接到多个6脉动换流器，因此换流变交流侧电流为:I=Iw/n ;其中η为直流侧每站6脉动换流器数量；因此交流系统阻抗折算到换流变直流侧为:
3.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤2)中，设置单位冲击电压源的具体方法是:在直流回路谐振模型中加入单位冲击电压源，电压源采用PSCAD/EMTDC里面的直流电压源模型，该电压源的单位冲击信号V的形成:时间信号变量--ΜΕ输入至XY特性数据文件模块，根据FFT信号取样频率范围和模型仿真步长设置该模块中的信号XY分布表，最终形成单位冲击的信号源。
4.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤3)中，确定研究工况的方法是:考虑设备在实际运行中，由于制造、损耗等因素，设备实际参数相对额定工况存在一定的偏差，根据经验设定此偏差为±5%，因此，选取额定工况、正偏差+5%、负偏差-5%三种工况作为直流回路谐振研究的基本条件，通过改变仿真模型中的设备电抗值模拟不同工况下直流回路谐振的特性。
5.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤4)中，时域仿真的方法是:对整个系统进行电磁暂态仿真直到进入稳态为止，同时监测流过电压源的电流iA，对于一般系统，通常仿真5s已足够，在进入稳态的时间段内提取时间段位Is左右的iA信号；
6.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤5)中，分析阻抗特性的方法是:对该信号进行傅里叶分解就可获得直流回路对单位冲击电压的幅频响应，对得到的幅值求倒，并对相位反向就可以获得系统的阻抗特性。
7.根据权利要求1所 述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤6)中，谐振特性分析的方法是:根据第四步得到的阻抗特性画出直流回路阻抗随频率变化的曲线，确定谐振点，谐振点包括谐振频率和最小阻抗值，分析直流回路的谐振特性，计算品质因数。
8.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤7)中，工频及二次工频检验的方法是:根据步骤5)的计算结果，选择最不利的工况组合进行工频及二次工频检验，在系统简化仿真模型的整流侧串联一个相当于基频电压1%的正序二次谐波电压源进行工频检验，串联一个相当于基频电压2%的负序工频谐波电压源进行二次工频检验，启动仿真，观察投入和退出谐波源时直流侧工频谐波电压和电流有效值响应情况，分析工频和二次工频的谐振风险。
9.根据权利要求1所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述步骤8)中，故障扰动对直流回路谐振的仿真校验的方法是:通过在详细模型下模拟整流侧丢失多个触发脉冲故障和整流侧单相短路接地故障来分别验证直流系统是否会发生工频和二次工频谐振。
10.根据权利要求8所述的高压直流输电直流回路谐振特性计算分析方法，其特征在于上述最不利的工况组合是谐振点较50Hz和IOOHz很近，品质因数较高。
【文档编号】G06F19/00GK103544377SQ201310435981
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】赵晓斌, 邓晶, 黄莹, 黎小林, 杨煜, 李岩 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司