CN109212352B - 辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法 - Google Patents

辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法,建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型，使柔性直流换流站与交流电网戴维南等值***相连，且所述柔性直流换流站与柔性直流控制***相连；模拟所述交流电网戴维南等值***内电势作半周期跌落和提升；通过向所述交流电网戴维南等值***内施加电势扰动，经时域仿真计算，提取柔性直流换流母线电压幅值、柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率以及所述柔性直流控制***内部相关电气量的响应数据；绘制随换流母线电压变化的换流站有功功率和无功功率等特性曲线。本发明能够直观、清晰的考察柔性直流控制方式等，有利于掌握混联***特性。

Description

辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法
技术领域
本发明涉及电力***的技术领域，尤其是指一种辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法。
背景技术
基于全控型器件的柔性直流输电，因其换流器具有可独立控制有功功率和无功功率、不会出现换相失败、可向无源电网供电等众多技术优点，因此在电力***中具有广阔的应用前景。近年来，随着大容量电力电子器件以及先进控制技术的快速发展，柔性直流输电的电压等级和送电容量均得到大幅提升，其在主干输电网中的应用也日益增多，如华北电网中的张北柔性直流输电工程、西南电网中的柔直异步互联工程等。
随着柔性直流的快速发展和应用，其与交流电网动态交互耦合特性，以及柔性直流与交流电网混联***大扰动下的稳定特性及控制策略，日益成为学术界和工程界关注的重点和热点。作为电力电子装备，受控制方式转换、限幅环节约束、保护逻辑动作等因素影响，当电网发生短路故障等引起换流母线电压显著变化的大扰动冲击时，柔性直流换流站与电网间动态交互的有功功率和无功功率将会呈现非线性变化特征，并因此形成交直流耦合作用互作用，使得混联电网动态行为和稳定性更为复杂。
由于大扰动冲击下，柔性直流换流站与交流电网交换的有功功率和无功功率，其变化具有非线性特征，难以由解析法获得其大扰动功率特性。为了克服上述问题，现有中国发明专利(107102567A)公开了一种仿真测试***和测试方法，包括：实时仿真器、功率模块特性模拟装置、柔性直流控制保护装置；实时仿真器通过Aurora通讯连接功率模块特性模拟装置；功率模块特性模拟装置通过光纤通信方式连接柔性直流控制保护装置；实时仿真器用于模拟交、直流电网和柔性直流输电装置的工作状态，功率模块特性模拟装置用于模拟柔性直流输电装置中功率模块的工作特性。上述虽然能够测试柔性直流控制保护装置的性能，但是并不能直观、清晰的考察柔性直流控制方式、交流电网电压与柔性功率之间的相互影响机制，从而不利于掌握混联***特性以及制定有效的稳定控制措施。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能有效掌握混联***特性以及制定有效的稳定控制措施的问题，从而提供一种有效掌握混联***特性并制定有效的稳定控制措施的辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型，使柔性直流换流站与交流电网戴维南等值***相连，且所述柔性直流换流站与柔性直流控制***相连；模拟所述交流电网戴维南等值***内电势作半周期跌落和提升；通过向所述交流电网戴维南等值***内施加电势扰动，经时域仿真计算，提取柔性直流换流母线电压幅值、柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率以及所述柔性直流控制***内部相关电气量的响应数据；绘制随换流母线电压变化的换流站有功功率和无功功率等特性曲线。
在本发明的一个实施例中，所述建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型的方法为：利用电力***仿真软件PSD-BPA或电力***仿真综合程序PSASP建立仿真模型。
在本发明的一个实施例中，所述柔性直流换流站通过交流电网戴维南等值内电抗与所述交流电网戴维南等值***相连。
在本发明的一个实施例中，所述交流电网戴维南等值***内电势为Es，且
Figure BDA0001808134950000031
其中Es0、ΔEs和ωs分别为所述交流电网戴维南等值***内电势稳态初值、扰动幅度和扰动角频率，tf为扰动开始时刻。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4完成后，考虑控制参数对特性曲线的影响。
在本发明的一个实施例中，还进一步考虑柔性直流运行功率水平对特性曲线的影响。
在本发明的一个实施例中，还进一步考虑交流电网不同强度下混联***的运行工况。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，绘制随换流母线电压变化的换流站有功功率和无功功率等特性曲线，能够直观、清晰的考察柔性直流控制方式、控制器参数对柔性直流换流母线电压幅值及柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率的影响，以及柔性直流换流母线电压幅值与柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率之间的相互影响机制，为掌握混联***特性，制定有效的稳定控制措施，提供技术支撑手段。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法流程图；
图2是本发明柔性直流与交流电网混联***仿真模型；
图3是本发明柔性直流换流母线电压大扰动激励及其交流电流响应；
图4是本发明柔性直流换流母线电压大扰动激励及其有功、无功响应；
图5是本发明柔性直流定有功和定无功方式下的特性曲线；
图6是本发明柔性直流定有功和定电压方式下的特性曲线；
图7是FRTS中参数对柔性直流特性曲线的影响；
图8是初始运行功率对柔性直流特性曲线的影响；
图9是交流电网不同强度下混联***典型运行的工况。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例提供一种辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，包括如下步骤：步骤S1：建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型，使柔性直流换流站10与交流电网戴维南等值***20相连，且所述柔性直流换流站10与柔性直流控制***相连；步骤S2：模拟所述交流电网戴维南等值***20内电势作半周期跌落和提升；步骤S3：通过向所述交流电网戴维南等值***20内施加电势扰动，经时域仿真计算，提取柔性直流换流母线电压幅值、柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率以及所述柔性直流控制***内部相关电气量的响应数据；步骤S4：绘制随换流母线电压变化的换流站有功功率和无功功率等特性曲线。
本实施例所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，所述步骤S1中，建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型，用以测试柔性直流换流站大扰动功率响应特性，所述柔性直流换流站与交流电网戴维南等值***相连，且所述柔性直流换流站与柔性直流控制***相连，从而实现所述柔性直流控制***与所述交流电网戴维南等值***的相连；所述步骤S2中，模拟所述交流电网戴维南等值***20内电势作半周期跌落和提升，实施大扰动激励；所述步骤S3中，通过向所述交流电网戴维南等值***20内施加电势扰动，经时域仿真计算，提取柔性直流换流母线电压幅值、柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率以及所述柔性直流控制***内部相关电气量的响应数据，从而有利于定位关键影响因素；所述步骤S4中，绘制随换流母线电压变化的换流站有功功率和无功功率等特性曲线，能够直观、清晰的考察柔性直流控制方式、控制器参数对柔性直流换流母线电压幅值及柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率的影响，以及柔性直流换流母线电压幅值与柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率之间的相互影响机制，为掌握混联***特性，制定有效的稳定控制措施，提供技术支撑手段。
所述建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型的方法为：利用电力***仿真软件PSD-BPA(Power System Analysis Software)或电力***仿真综合程序PSASP(PowerSystem Analysis Software Package)建立仿真模型，以测试柔性直流换流站大扰动功率响应特性。如图2所示，所述柔性直流换流站10通过交流电网戴维南等值内电抗与所述交流电网戴维南等值***20相连，从而有利于测试柔性直流换流站大扰动功率响应特性。
所述交流电网戴维南等值***20内电势为Es，且
Figure BDA0001808134950000051
其中Es0、ΔEs和ωs分别为所述交流电网戴维南等值***20内电势稳态初值、扰动幅度和扰动角频率，tf为扰动开始时刻。
下面详细介绍如何通过所述交流电网戴维南等值***20内电势Es定位关键影响因素。当ΔEs＝1.0pu、ωs＝0.3927rad/s、tf＝1.0s的换流母线电压Us大幅跌落与回升的扰动激励，VSC输出的d轴与q轴电流的大扰动暂态响应如图3所示，从而确定大扰动激励及柔性直流换流器交流电流的dq轴分量，其中VSC通常采用具备外环和内环两层结构的双环解耦控制器，此外，面向VSC-HVDC实际工程，还需模拟电压、电流限幅以及故障穿越策略等环节，以及过压与过流保护等功能；当ΔEs＝1.0pu、ωs＝0.3927rad/s、tf＝1.0s的换流母线电压Us大幅跌落与回升的扰动激励，柔性直流换流器从交流电网中吸收的有功功率和无功功率如附图4所示，从而确定柔性直流换流器与交流电网交换的有功和无功功率；利用大扰动激励法，获得的柔性直流定有功和定无功控制方式下的Us-Pc和Us-Qc特性曲线，如附图5所示，从而确定柔性直流定有功和定无功控制方式下Us-Pc和Us-Qc特性曲线；利用大扰动激励法，辨识获得的柔性直流定有功和定电压控制方式下的Us-Pc和Us-Qc特性曲线，如附图6所示，从而确定柔性直流定有功和定电压控制方式下Us-Pc和Us-Qc特性曲线。
另外，柔性直流换流器采用定有功Pc和定无功Qc控制方式，参考值Pcref和Qcref分别为1250MW和200MVar，故障穿越逻辑中相关参数取值为UsL1＝0.8pu、UsL2＝0.5pu、UsH＝0.7pu、IcdF＝0.6pu、Icuplim＝1.0pu/s。对应公司Es中，ΔEs＝1.0pu、ωs＝0.3927rad/s、tf＝1.0s的换流母线电压Us大扰动激励，柔性直流与交流电网交换的有功Pc和无功Qc的特性曲线Us-Pc和Us-Qc如附图6所示。
所述步骤S4完成后，考虑控制参数对特性曲线的影响。具体地，还可进一步考虑控制参数对特性曲线Us-Pc和Us-Qc的影响。对应FRTS中IcdF取值为0.6pu、0.5pu和0.4pu的3种情况，Us-Pc和Us-Qc的对比曲线如图7所示。可以看出，在Us<UsL2的低电压运行区间，减小IcdF取值可相应降低Pc水平。此外，减小IcdF可提升相同Pc对应的运行电压Us。
还进一步考虑柔性直流运行功率水平对特性曲线的影响。具体地，对应初始运行功率为100％、80％和50％额定功率PN的3种情况，Us-Pc和Us-Qc的对比曲线如图8所示。从图8可以看出，在Us<UsL2的低电压运行区间中，减小初始运行功率可相应降低Pc水平。此外，减小初始运行功率可提升相同Pc对应的运行电压Us。
还进一步考虑交流电网不同强度下混联***的运行工况。具体地，在通过大扰动激励法获得柔性直流非线性功率特性的基础上，即可结合交流电网功率传输特性，分析交直流混联***大扰动稳定性。图9所示为故障后不同强度交流电网功率传输特性曲线Us-Ps与柔性直流功率特性曲线Us-Pc的交点情况，即交直流混联***大扰动后稳定运行点情况，依据故障后稳定运行点即可对应分析混联电网稳定特性并制定相应的控制策略，其中①-④为不同强度下交流电网Us-Ps特性曲线。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型，使柔性直流换流站与交流电网戴维南等值***相连，且所述柔性直流换流站与柔性直流控制***相连；
步骤S2：模拟所述交流电网戴维南等值***内电势作半周期跌落和提升；
步骤S3：通过向所述交流电网戴维南等值***内施加电势扰动，经时域仿真计算，提取柔性直流换流母线电压幅值、柔性直流换流站输出的有功功率和无功功率以及所述柔性直流控制***内部相关电气量的响应数据；
步骤S4：绘制随柔性直流换流母线电压变化的柔性直流换流站有功功率和无功功率的特性曲线。
2.根据权利要求1所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：所述建立柔性直流与交流电网混联***仿真模型的方法为：利用电力***仿真软件PSD-BPA或电力***仿真综合程序PSASP建立仿真模型。
3.根据权利要求2所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：所述柔性直流换流站通过交流电网戴维南等值内电抗与所述交流电网戴维南等值***相连。
4.根据权利要求1所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：所述交流电网戴维南等值***内电势为Es，且
Figure FDA0003815743900000011
其中Es0、△Es和ωs分别为所述交流电网戴维南等值***内电势稳态初值、扰动幅度和扰动角频率，tf为扰动开始时刻。
5.根据权利要求1所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：所述步骤S4完成后，考虑控制参数对特性曲线的影响。
6.根据权利要求1或5所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：还进一步考虑柔性直流运行功率水平对特性曲线的影响。
7.根据权利要求1所述辨识柔性直流非线性功率特性的仿真测试方法，其特征在于：还进一步考虑交流电网不同强度下混联***的运行工况。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112417671A (zh) * 2020-11-18 2021-02-26 奇瑞汽车股份有限公司 获得发动机万有特性曲线数据的方法、装置及存储介质
CN115986779B (zh) * 2023-03-21 2023-06-27 中国电力科学研究院有限公司 一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及***

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102313850B (zh) * 2011-06-24 2014-07-23 中国电力科学研究院 一种柔性直流输电***的物理实时动态模拟装置
CN203630230U (zh) * 2013-07-22 2014-06-04 国家电网公司 柔性直流***与风电场并接方式下的仿真测试***
CN103728508A (zh) * 2013-12-05 2014-04-16 国家电网公司 一种用于mmc柔性直流子模块稳态运行的测试装置和方法
CN104393617B (zh) * 2014-11-20 2016-11-23 华北电力大学（保定） 一种多端柔性直流配电网动态模拟实验***的拓扑结构
CN204790353U (zh) * 2015-07-08 2015-11-18 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 一种用于电力***混合仿真的混合仿真***
CN106410835A (zh) * 2016-10-12 2017-02-15 北京科东电力控制***有限责任公司 一种多端柔性直流输电***的电网仿真实现方法
CN107123981B (zh) * 2017-03-31 2021-08-06 全球能源互联网研究院 基于mmc的柔性直流及直流电网机电暂态仿真方法及***
CN106953330B (zh) * 2017-04-27 2021-04-02 上海交通大学 一种用于柔性直流配电网的潮流控制器以及控制方法
CN107942172B (zh) * 2017-12-01 2020-08-21 华北电力科学研究院有限责任公司 风机与柔性直流输电联合***的阻尼特性测试***及方法
CN108011391B (zh) * 2017-12-13 2019-09-17 武汉大学 虚拟电阻补偿的柔性直流输电混合仿真***功率接口算法

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