CN102916436A - 一种高压直流输电暂态分析方法及*** - Google Patents

一种高压直流输电暂态分析方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种高压直流输电暂态分析的方法及***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型进行模拟；柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值；将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。

Description

一种高压直流输电暂态分析方法及***
技术领域
本发明涉及电力***模拟仿真领域，更具体的说，是涉及一种高压直流输电暂态分析方法及***。
背景技术
基于电压源换流器的高压直流输电技术（简称VSC-HVDC），是指采用由可控电力电子器件作为电压源换流器的新型直流输电技术，在国内也被称之为柔性直流输电技术。
柔性直流输电***以换流站为中心，包括交流***、换流站***与直流电缆***。其中交流***主要包括输电线路、杆塔、断路器等一次设备，它为柔性直流输电***提供交流电源。换流站***主要包括换流变压器、星型接地电抗、断路器、桥臂电抗、模块化电压源换流器件等一次设备，主要功能是将送端的交流电整流为直流电，将受端的直流电逆变为交流电输出。直流电缆位于两端换流站中间，为直流电能的传送提供通道。对于柔性直流输电技术来说，过电压和绝缘配合是工程***设计、设备制造及实验的基础，因此，柔性直流输电的暂态模型对于研究柔性直流输电***过电压分布及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合具有重要的现实意义。
目前，柔性直流输电技术仍是一种新型的输电技术，尚无有效的暂态分析方法及模型能够准确模拟故障情况下的过电压分布情况，因此，提供一种高压直流输电暂态分析方法及***，用于准确分析和模拟故障情况下的过电压分布情况，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高压直流输电暂态分析方法及***，以克服现有技术中尚无有效的暂态分析方法及模型能够准确模拟故障情况下的过电压分布情况的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压直流输电暂态分析方法，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：
S1：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；
S2：根据所述故障类型和所述故障时间控制柔性直流输电***模型按照所述故障类型和所述故障时间进行模拟；
S3：所述柔性直流输电***模型输出所述故障类型对应的电压值；
S4：将所述电压值输入至所述电磁暂态仿真软件，通过所述电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
优选的，还包括：
S5：将所述故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
其中，所述步骤S2具体为：
S21：根据所述故障类型和所述故障时间进行分析，得到相应的分析结果；
S22：所述柔性直流输电***模型根据所述分析结果判断模拟故障类型；
S23：确定所述故障类型，并按照所述故障类型和所述故障时间对所述故障类型进行模拟。
优选的，所述故障类型包括：交流侧故障类型和直流侧故障类型。
优选的，所述故障类型包括：换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路。
本发明在上述公开的一种高压直流输电暂态分析方法的基础上，还公开了一种高压直流输电暂态分析***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该***包括：
获取模块，用于获取各类故障对应的故障类型和故障时间；
模拟模块，用于根据所述故障类型和所述故障时间控制柔性直流输电***模型按照所述故障类型和所述故障时间进行模拟；
输出模块，用于将所述柔性直流输电***模型输出所述故障类型对应的电压值；
仿真模块，用于将所述电压值输入至所述电磁暂态仿真软件，通过所述电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
优选的，还包括：
终端显示模块，用于将所述故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
其中，所述模拟模块具体包括：
分析单元，用于根据所述故障类型和所述故障时间进行分析，得到相应的分析结果；
判断单元，用于所述柔性直流输电***模型根据所述分析结果判断模拟故障类型；
模拟单元，用于确定所述故障类型，并按照所述故障类型和所述故障时间对所述故障类型进行模拟。
优选的，所述故障类型包括：交流侧故障类型和直流侧故障类型。
优选的，所述故障类型包括：换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种高压直流输电暂态分析方法及***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型和故障时间进行模拟；柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值；将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析方法流程图；
图2为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析方法进一步流程图；
图3为本发明实施例中交流***模块仿真模型；
图4为本发明实施例中换流站模块仿真模型；
图5（1）为单个模块化电压源换流器的仿真模型；
图5（2）为多个模块化电压源换流器串联而成的仿真模型；
图6为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析***的结构示意图；
图7为本发明实施例中换流变网侧单相接地故障时，换流变网侧与阀侧故障电压的仿真波形图；
图8为本发明实施例中换流变网侧单相接地故障时，直流侧故障电压的仿真波形图；
图9为本发明实施例中直流正极线接地故障时，换流变网侧与阀侧故障电压的仿真波形图；
图10为本发明实施例中直流正极线接地故障时，直流极线正相故障电压的仿真波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种高压直流输电暂态分析方法及***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型和故障时间进行模拟；柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值；将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
请参阅附图1，为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析的方法流程图。本发明实施例公开了一种高压直流输电暂态的分析方法，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法具体步骤包括：
步骤S1：获取各类故障对应的故障类型和故障时间。
步骤S2：根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型和故障时间进行模拟。
步骤S3：柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值。
步骤S4：将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
步骤S5：将故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
本发明公开了一种高压直流输电暂态分析方法，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型和故障时间进行模拟；柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值；将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
请参阅附图2，为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析的方法进一步流程图。本发明实施例进一步公开了一种高压直流输电暂态分析的方法，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法具体步骤包括：
步骤SS1：获取各类故障对应的故障类型和故障时间。
步骤SS2：根据故障类型和故障时间进行分析，得到相应的分析结果。
步骤SS3：柔性直流输电***模型根据分析结果判断模拟故障类型。
步骤SS4：确定故障类型，并按照故障类型和故障时间对所述故障类型进行模拟。
步骤SS5：柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值。
步骤SS6：将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
步骤SS7：将故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
本发明公开了一种高压直流输电暂态分析方法，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
请参阅附图3，为本发明实施例中交流***模块仿真模型。交流***模块是为柔性直流***的电源模块，采用三相正弦交流电源加电源内阻的形式实现，线路的阻抗根据电压等级和杆塔结构参数获取。
优选的，请参阅附图4，为本发明实施例中换流站模块仿真模型。换流站模型包括站内换流变压器、星形接地电抗、桥臂电抗、模块化电压源换流器，站内换流变压器将交流电源转换成所需电压等级的交流电，以±200kV、400W直流输电***为例，可选择容量为420MVA、变比为220kV/208kV、短路阻抗为12%的换流变压器。
星形接地电抗由三个接地电抗呈星形连接后与一中性的电阻串联构成的，布置在换流变阀侧，主要功能是提供换流站直流侧的地电位参考，其数值根据消耗的无功占总功率的百分比来确定，不应超过20%。
桥臂电抗串联于站内换流变压器和模块化电压源换流器之间的电抗器，用于消除电路***中的谐波。
模块化电压源换流器的一端与桥臂电抗相连，另一端连接于直流极线上。在送电端，交流电通过模块化电压源换流器整流为直流电；在受电端，直流电通过模块化电压源换流器逆变为交流电。
请参阅附图5（1）为单个模块化电压源换流器的仿真模型和图5（2）为多个模块电压源换流器串联而成的仿真模型。模块化电压源换流器是换流站的主要功能结构，其基本的电路单元称为子模块，各相桥臂上的子模块串联后一端分别连接于三相桥臂电抗，另一端同连于直流极线上，实现直流电压的输出。子模块由两个IGBT开关器件G01、G02、一个直流存储电容C0与瞬态直流电压源Ucin构成。***运行时由闭合直流电压源的控制开关，在完成电容C0的充电后打开开关。直流电压源电压值根据***电压等级与模块数量决定。
V_Ucin=Udc/n
其中：Udc为直流输电电压，n为仿真模块数。在正常运行情况下，当G01开通，子模块输出电压为存储电容电压Uc；当G02开通时，输出电压为零。
优选的，换流站模块还可以包括：钳形电阻，用于提供换流站模块的地电位参考，其参数选择的原则为满足功率损耗要求的前提下尽可能减小电阻。其确定方法为：
η = P gloss P N = U dc 2 2 R g P N × 100 % ≤ η max
其中：Pgloss为接地支路损耗，PN为额定输送功率，Udc为直流侧电压，ηmax为接地支路最大损耗率。
优选的，直流电缆模块由金属导电体、内绝缘层、铠装层和外绝缘层构成。直流电缆模块的传输阻抗通过输入各层材料属性与厚度获取。
请参阅附图6，为本发明实施例公开的一种高压直流输电暂态分析***结构图。本发明在上述公开的方法的基础上，还公开了一种高压直流输电暂态分析***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该***具体包括：
获取模块601，用于获取各类故障对应的故障类型和故障时间；模拟模块602，用于根据所述故障类型和所述故障时间控制柔性直流输电***模型按照所述故障类型和所述故障时间进行模拟；输出模块603，用于将所述柔性直流输电***模型输出所述故障类型对应的电压值；仿真模块604，用于将所述电压值输入至所述电磁暂态仿真软件，通过所述电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形；终端显示模块605，用于将所述故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
具体的，上述的模拟模块602具体包括：分析单元606，用于根据所述故障类型和所述故障时间进行分析，得到相应的分析结果；判断单元607，用于所述柔性直流输电***模型根据所述分析结果判断模拟故障类型；模拟单元608，用于确定所述故障类型，并按照所述故障类型和所述故障时间对所述故障类型进行模拟。
本发明公开了一种高压直流输电暂态分析***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该***能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
请参阅附图7-10，为本发明实施例中各种故障类型下的故障电压的仿真波形图。
工程设计人员在进行初始设置是，设置柔性直流输电***模型的仿真时间为3s；交流电压为Vs=220kV、频率为f＝50Hz、初始相位
Figure BDA00002392744700081
初始时间t=0；交流开关设置初始状态为闭合，考虑到交流保护动作时间为100ms，设置开关跳开时间为0.1s。
设有故障交流侧故障与直流侧故障，计算中设置故障时间和故障类型，故障类型为ABC相单相接地故障、多相接地故障、相间故障等，设置故障时间为1s，持续时间为3s。
交流开关设置初始状态为闭合，考虑到交流保护动作时间为100ms，设置开关跳开时间为故障后100ms，及1.1s。考虑到电压源换流器IGBT故障后闭锁时间间隔为5ms，设置闭锁时间为1005ms。
当故障类型设置为交流侧单相接地时，仿真电压波形如图6和图7所示；当故障类型设备为直流侧单级接地时，仿真电压波形如图8和图9所示。
综上所述：本发明公开了一种高压直流输电暂态分析方法及***，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；根据故障类型和故障时间控制柔性直流输电***模型按照故障类型和故障时间进行模拟；柔性直流输电***模型输出故障类型对应的电压值；将电压值输入至电磁暂态仿真软件，通过电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。该方法能够模拟换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路等故障类型下的直流输电***的过电压分布情况，使得技术人员能够准确的掌握各种故障情况下的过电压分布情况及指导柔性直流输电***过电压与绝缘配合。
对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高压直流输电暂态分析方法，其特征在于，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该方法包括：
S1：获取各类故障对应的故障类型和故障时间；
S2：根据所述故障类型和所述故障时间控制柔性直流输电***模型按照所述故障类型和所述故障时间进行模拟；
S3：所述柔性直流输电***模型输出所述故障类型对应的电压值；
S4：将所述电压值输入至所述电磁暂态仿真软件，通过所述电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
S5：将所述故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
S21：根据所述故障类型和所述故障时间进行分析，得到相应的分析结果；
S22：所述柔性直流输电***模型根据所述分析结果判断模拟故障类型；
S23：确定所述故障类型，并按照所述故障类型和所述故障时间对所述故障类型进行模拟。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括：交流侧故障类型和直流侧故障类型。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括：换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路。
6.一种高压直流输电暂态分析***，其特征在于，基于电压源换流器，用于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，该***包括：
获取模块，用于获取各类故障对应的故障类型和故障时间；
模拟模块，用于根据所述故障类型和所述故障时间控制柔性直流输电***模型按照所述故障类型和所述故障时间进行模拟；
输出模块，用于将所述柔性直流输电***模型输出所述故障类型对应的电压值；
仿真模块，用于将所述电压值输入至所述电磁暂态仿真软件，通过所述电磁暂态仿真软件输出所述故障类型对应的故障电压波形。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括：
终端显示模块，用于将所述故障电压波形输出并在显示终端上进行显示。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述模拟模块具体包括：
分析单元，用于根据所述故障类型和所述故障时间进行分析，得到相应的分析结果；
判断单元，用于所述柔性直流输电***模型根据所述分析结果判断模拟故障类型；
模拟单元，用于确定所述故障类型，并按照所述故障类型和所述故障时间对所述故障类型进行模拟。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述故障类型包括：交流侧故障类型和直流侧故障类型。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括：换流站交流侧接地、相间故障，换流站内阀接地、相间故障，换流站直流侧单极接地、极间短路。
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