一種仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法與流程
2023-12-03 02:18:46 3
本發明涉及一種電力系統暫態仿真技術，特別涉及一種仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法。
背景技術：
當一個系統中存在多條直流輸電線路，且其中若干換流站的交流母線間的電氣距離較小(或為零)時，則相應的直流輸電線路和這些換流站交流母線所在的區域構成了所謂的「多饋入直流輸電系統」，即MIDC系統。對多饋入直流輸電系統進行研究，需準確模擬輸電系統的複雜動態響應，目前處理的方法是，對各回直流進行詳細建模，建立起包含所有直流的大規模交直流系統模型，但問題在於直流輸電系統規模日益擴大，交直流混合系統中饋入的直流回數越來越多，仿真軟體(如PSCAD/EMTDC、RTDS等)仿真模型越來越大，同時仿真計算量越大，受到仿真軟體計算規模瓶頸的限制，制約著對大規模交直流電網的研究。立足於保留多饋入直流輸電系統故障下的動態響應特性，本發明提出一種仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法，將一個N饋入直流系統通過計算每回直流多饋入短路比與N回直流的多饋入短路比的均值的偏差，設計解耦等效短路比，將其等效為N個解耦等效單饋入直流系統；大大簡化仿真模型規模，從等效解耦的角度提出解決仿真軟體規模限制方案的一種方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法，該等效解耦方法克服了仿真軟體建模規模上的不足，突破了瓶頸，達到了解耦簡化多饋入仿真模型的目標，該方法物理意義明確、結構簡單，對大規模交直流電網建模具有一定意義，易於推廣使用。本發明的目的通過下述技術方案實現：一種仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法，包括以下步驟：1)將N直流饋入系統劃分為N個研究區域，使每個區域只含一回直流；2)設計受端系統解耦等效短路比計算方法並求取解耦等效短路比；3)送端系統採用與受端系統相同的方法計算其解耦等效短路比；4)依據解耦等效短路比，建立解耦後N個單直流饋入系統仿真模型；5)在單直流饋入系統仿真模型上設置等效的故障，以模擬多直流饋入系統故障。所述步驟1)中，根據所需研究的N回直流，以送端、受端換流母線為邊界將其劃分為N個區域；所述步驟2)中，確定受端系統的解耦等效短路比的設計方案。首先計算每回直流多饋入短路比，然後計算每回直流多饋入短路比與N回直流多饋入短路比均值的偏差(令為其中，i＝1，2，3，…，N)，最後求取每回直流的解耦等效短路比其中i＝1，2，3，…，N；31)第i回直流受端多饋入短路比的計算，如下式進行：式中，Saci、Pdcni分別為第i條直流逆變站交流母線處的短路容量和直流系統的額定有功功率；Pdcnj為第j條直流額定有功功率；MIIFij為多饋入直流相互作用因子；32)對於第i回直流，求取短路比偏差如下：其中，分別為第i和j回直流受端多饋入短路比，N為多饋入直流系統中直流的總回數。33)第i回直流受端解耦等效短路比的求取如下式進行：其中，為第i回直流受端短路比偏差係數。34)第i回直流受端短路比偏差係數可依據故障點離換流母線的電氣距離計算，按如下公式進行計算：其中，Zii、Zjj為自阻抗；Zij為互阻抗；Zii,x為短路點與第i條直流的換流母線的電氣距離形成的轉移阻抗。35)取i＝1，2，3…N，重複步驟31)-34)即可得到受端解耦N個等效短路比。所述步驟3)中，對送端M饋入系統進行解耦。第i回直流送端系統，實施與31)-34)步驟相同的方法進行解耦，可得送端M個解耦等效短路比(i＝1，2，3…M)；所述步驟4)中，根據前述求得的送端系統解耦等效短路比受端系統解耦等效短路比(其中i＝1，2，3…N)設計多直流饋入系統解耦後的電磁暫態仿真模型。由於主要研究直流系統的故障響應特性，同時為簡化仿真系統，受端交流系統採用戴維寧等值電源模擬，其參數按照如下方法計算。戴維寧等值電源幅值取主網額定電壓，初始相角等於0。系統阻抗(戴維寧等值阻抗)按下式計算：其中，為受端交流系統戴維寧等值電源幅值；Pdcni為第i條直流逆變站交流母線處的額定有功功率。令阻抗角(典型值)，計算電阻值及電抗值如下：送端系統的解耦等值阻抗的計算如式(6)所示，依據的原理與受端等值阻抗的計算原理相同。其中，分別為第i和j回直流送端多饋入短路比，N為多饋入直流系統中直流的總回數；為第i回直流送端短路比偏差係數；，為送端交流系統戴維寧等值電源幅值；Pdcni為第i條直流逆變站交流母線處的額定有功功率；令阻抗角的值為典型值，即所述步驟5)中，故障模擬方法。在換流母線上設置故障，通過一定的接地阻抗模擬原交流電網中某處發生的同類型故障，接地阻抗數值取為換流母線與原電網中故障點的轉移阻抗。本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果：1、本發明應用於多直流饋入大電網的故障後恢復特性的電磁暫態仿真(如PSCAD/MTDC、RTDS等)研究；將一個N直流饋入系統仿真模型，通過計算解耦等效短路比將其等效解耦為N個單直流饋入系統的仿真模型，且各直流仍保留原多直流系統的主要故障恢復特性，減小了交直流電網電磁暫態仿真規模，縮短了計算機仿真機時間和易於推廣使用。2、本發明的的仿真多饋入直流故障恢復特性的等效解耦方法，解決了仿真軟體規模限制的瓶頸。隨著電網的發展，其規模必將越來越複雜，勢必對仿真軟體的容量提出越來越高的要求，就目前的仿真軟體規模限制必將無法滿足仿真要求，通過本發明的方法避開了對仿真軟體容量的要求。附圖說明圖1是本發明多饋入直流等效解耦的受端N饋入直流系統等效解耦示意圖。圖2是DC1故障後雙饋入直流系統、短路比為2.4與2.8的單饋入直流系統的仿真對比曲線。由圖可知，雙饋入直流系統故障後電氣量(包括換流母線電壓、直流電流、直流電壓、受端最小熄弧角、逆變側控制方式、閥消耗無功及閥傳輸有功)恢復特性位於短路比為2.4與2.8之間，且與2.4更為接近。圖3是DC1故障後雙饋入直流系統故障後電氣特性響應與等效解耦後電氣響應的對比圖。由圖可知，短路比為2.51的單回直流故障後電氣量特性基本表徵了原雙饋入直流系統的特性。圖4是DC2故障後雙饋入直流系統、短路比為4.0與6.9的單饋入直流系統的仿真對比曲線。由圖可知，雙饋入直流系統故障後電氣量(包括換流母線電壓、直流電流、直流電壓、受端最小熄弧角、逆變側控制方式、閥消耗無功及閥傳輸有功)恢復特性位於短路比為4.0與6.9之間，且與4.0更為接近。圖5是DC2故障後雙饋入直流系統故障後電氣特性響應與等效解耦後電氣響應的對比圖。由圖可知，短路比為3.66的單回直流故障後電氣量特性基本表徵了原雙饋入直流系統的特性具體實施方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。實施例本實施例中，仿真選取PSCAD/EMTDC作為電磁暫態時域仿真驗證平臺，將受端雙饋人直流系統作為驗證算例，按照本發明所述步驟1)～步驟6)進行。兩回直流分別記為DC1、DC2，換流母線額定電壓均為Uac，單回直流短路比為：SCR1＝2.8、SCR2＝6.9；在受端雙饋入系統中相互作用因子為MIIF12＝0.30、經過相互因子作用，受端雙饋入系統DC1支路短路比為：MISCR1＝2.4，DC2支路短路比為MISCR2＝4.0。分別在DC1、DC2換流母線上設置100ms三相短路故障。故障發生後，DC1、DC2三個模型各電氣量動態響應如圖1所示；假定受端DC1、DC2受端系統等效解耦偏差係數為可得到解耦後等效DC1回直流單回直流短路比為解耦後DC2回直流單回直流短路比為DC1回直流故障後動態響應對比如圖2和圖3所示。同理，DC2電氣量動態響應如圖4和圖5所示。等效解耦後的兩個單回直流模型，能準確表徵原雙饋入直流系統的動態特性，如換流器的無功消耗、有功的輸送到達的峰值時間幾乎相同，行之有效。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。