CN113872229B - 一种柔性直流输电操作模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种柔性直流输电操作模拟方法及装置，涉及电力***技术领域。方法包括：将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
Description
技术领域
本申请涉及电力***技术领域，具体涉及柔性直流输电操作模拟方法及装置。
背景技术
柔性直流换流器向无源网络供电的暂态建模仿真包括电磁暂态建模、机电暂态建模两种类型。在电磁暂态建模方面，一般考虑电力电子器件的开关过程，建立MMC各部分的详细模型，模型精确、具体，适用于研究MMC内部的电磁关系及控制策略；但在用于研究MMC与电网的交互作用等方面，存在求解规模和速度受到限制、参数繁多等问题，因此需要建立简化的机电暂态模型。目前对于低惯量***通过直流电网接入大电网后的控制技术和电磁暂态仿真发展还不够成熟，机电暂态仿真的研究也处于探索阶段。
在专利“一种柔性直流输电***的机电暂态仿真模型(CN108551178A)”中提供了一种柔性直流输电***的机电暂态仿真模型，包括换流器的机电暂态仿真模型、直流电网的机电暂态仿真模型和三绕组变压器的机电暂态仿真模型；换流器的机电暂态仿真模型与直流电网的机电暂态仿真模型连接，并通过三绕组变压器的机电暂态仿真模型与交流电网连接，三绕组变压器的机电暂态仿真模型包括交流电网侧绕组、负荷侧绕组和阀侧绕组。发明提供的柔性直流输电***的机电暂态仿真模型具有柔性直流输电操作模拟功能，可以为柔性直流输电***稳定性分析提供基础。但是该专利对整个直流输电***(包括换流器、直流电网和三绕组变压器)进行机电暂态仿真建模，主要目的是对柔性直流输电的操作进行模拟；而本发明主要研究无源侧交流***暂态过程下的动态特性，只需针对无源侧换流器进行机电暂态建模，无需对送端交流***和直流***进行机电暂态建模，因此技术一不具有参考意义。
在专利“基于相分量的MMC机电暂态仿真方法及***(CN112510746A)”中涉及一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及***，方法包括：获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，并根据各相分量进行机电暂态仿真建模。但是该专利中所建机电暂态模型中的内环控制模块的传递函数为1，即忽略了控制器内环的动态特性，本发明侧重研究无源侧换流器的机电暂态等效建模，在某些仿真参数和仿真工况下，换流器的内环控制***不能省略，因此无法采用技术二。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请提供一种柔性直流输电操作模拟方法及装置，方法包括：将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
本发明的一方面，提供一种柔性直流输电操作模拟方法，包括：
将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
在优选的实施例中，还包括：
建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型。
在优选的实施例中，所述建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型，包括：
建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型；
建立无源侧柔性直流换流器的外环控制器和内环控制器的机电暂态模型；
建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型。
在优选的实施例中，所述无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型，包括：
将输入的三相交流电的电流数据转换至dq坐标系中的直流电数据；
根据所述dq坐标系中的直流电数据，生成所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中的机电暂态时域模型：
其中L、R分别为母线到换流器桥臂中点的等效电感与等效电阻；ud、uq分别表示母线电压的d、q轴分量；ed、eq分别表示换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d、q轴分量；id、iq分别表示无源交流***电流的d、q轴分量。
在优选的实施例中，所述无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型，还包括：
对所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态时域模型进行拉普拉斯变换，生成无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态频域模型：
在优选的实施例中，建立柔性直流换流器外环控制器的机电暂态模型，包括：
确定所述外环控制器的电路拓扑结构；
将母线电压的d轴分量和q轴分量确定为所述外环控制器的电路拓扑结构的输入变量，将电流参考值的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述外环控制器的机电暂态模型。
在优选的实施例中，建立柔性直流换流器内环控制器的机电暂态模型，包括：
确定所述内环控制器的电路拓扑结构；
确定所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式；
将无源交流***电流的d轴分量和q轴分量和电流参考值的d轴分量和q轴分量确定所述内环控制器的电路拓扑结构的输入变量，根据所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式将柔性直流换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述内环控制器的机电暂态模型。
在优选的实施例中，所述内环控制器和柔性直流换流器的连接方式，包括：
电流解耦连接方式。
在优选的实施例中，还包括：
根据初始负载确定内环控制器的控制参数；
若初始负载大于第一预设值，则减小所述内环控制器的控制参数，以使内环控制器输出达到限幅值的时间增长；
若初始负载小于第二预设值，则增大所述内环控制器的控制参数，以提高***动态响应速度。
在优选的实施例中，所述建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型，包括：
确定所述电压源的电路拓扑结构；
在所述电压源的电路拓扑结构中添加惯性环节结构，进而生成所述电压源机电暂态模型。
本发明的又一方面，提供一种柔性直流输电操作模拟装置，包括：
模型运行模块，将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
模拟输电模块，根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
在优选的实施例中，还包括：
模型建立模块，建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型。
在优选的实施例中，所述模型建立模块，包括：
柔性直流换流器模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型；
控制器模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的外环控制器和内环控制器的机电暂态模型；
电压源模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型。
本发明的又一方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的柔性直流输电操作模拟方法。
本发明的又一方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的柔性直流输电操作模拟方法。
由上述技术方案可知，本申请提供的一种柔性直流输电操作模拟方法，方法包括：将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是柔性直流输电操作模拟方法流程示意图。
图2是柔性直流输电向无源网络供电的结构示意图。
图3是建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型流程示意图。
图4是建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型流程示意图。
图5是柔性直流换流器外环控制器的机电暂态模型流程示意图。
图6是外环控制器的电路拓扑结构示意图。
图7是建立柔性直流换流器内环控制器的机电暂态模型流程示意图。
图8是内环控制器的电路拓扑结构示意图。
图9是建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型流程示意图。
图10是MMC无源侧机电暂态电压源的拓扑结构示意图。
图11是实施场景一的模拟结果，图11中的(a)为PCC母线电压有效值曲线，图11中的(b)为阀侧电流有效值曲线，图11中的(c)为无源侧有功功率曲线，图11中的(d)为无源侧无功功率曲线。
图12是实施场景二的模拟结果。
图13是柔性直流输电操作模拟装置的结构示意图。
图14是本申请实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请公开的柔性直流输电操作模拟方法及装置可用于电力***技术领域，也可用于除电力***技术领域之外的任意领域，本申请公开的柔性直流输电操作模拟方法及装置的应用领域不做限定。
柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。
柔性直流换流器是指基于柔性直流输电技术，进行交直流变换的电力***设备，简称为MMC。
无源侧是指柔性直流换流器与无同步电源(如同步发电机)电网连接的一侧。
机电暂态是指时间在秒～分钟级别，由于机械转矩或电磁转矩之间不平衡引起的暂态过程。
柔性直流换流器向无源网络供电的暂态建模仿真包括电磁暂态建模、机电暂态建模两种类型。在电磁暂态建模方面，一般考虑电力电子器件的开关过程，建立MMC各部分的详细模型，模型精确、具体，适用于研究MMC内部的电磁关系及控制策略；但在用于研究MMC与电网的交互作用等方面，存在求解规模和速度受到限制、参数繁多等问题，因此需要建立简化的机电暂态模型。目前对于低惯量***通过直流电网接入大电网后的控制技术和电磁暂态仿真发展还不够成熟，机电暂态仿真的研究也处于探索阶段。
在专利“一种柔性直流输电***的机电暂态仿真模型(CN108551178A)”中提供了一种柔性直流输电***的机电暂态仿真模型，包括换流器的机电暂态仿真模型、直流电网的机电暂态仿真模型和三绕组变压器的机电暂态仿真模型；换流器的机电暂态仿真模型与直流电网的机电暂态仿真模型连接，并通过三绕组变压器的机电暂态仿真模型与交流电网连接，三绕组变压器的机电暂态仿真模型包括交流电网侧绕组、负荷侧绕组和阀侧绕组。发明提供的柔性直流输电***的机电暂态仿真模型具有柔性直流输电操作模拟功能，可以为柔性直流输电***稳定性分析提供基础。但是该专利对整个直流输电***(包括换流器、直流电网和三绕组变压器)进行机电暂态仿真建模，主要目的是对柔性直流输电的操作进行模拟；而本发明主要研究无源侧交流***暂态过程下的动态特性，只需针对无源侧换流器进行机电暂态建模，无需对送端交流***和直流***进行机电暂态建模，因此技术一不具有参考意义。
在专利“基于相分量的MMC机电暂态仿真方法及***(CN112510746A)”中涉及一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及***，方法包括：获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，并根据各相分量进行机电暂态仿真建模。但是该专利中所建机电暂态模型中的内环控制模块的传递函数为1，即忽略了控制器内环的动态特性，本发明侧重研究无源侧换流器的机电暂态等效建模，在某些仿真参数和仿真工况下，换流器的内环控制***不能省略，因此无法采用技术二。
针对现有技术中的问题，本申请提供一种柔性直流输电操作模拟方法及装置，方法包括：将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
下面结合附图对本发明提供的柔性直流输电操作模拟方法及装置进行详细说明。
在具体的实施例中，提供一种柔性直流输电操作模拟方法，如图1，包括:
S1:将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
具体的，如图2是柔性直流输电向无源网络供电的结构示意图，其中MMCl工作在整流状态，将有功由有源网络传递给直流网络，MMC2工作在逆变状态.将有功和无功功率传递给无源网络。三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力***，它是由三相发电机三组对称的绕组产生的，每一绕组连同其外部回路称一相，分别记以A、B、C，对应的电流可记为ia，ib，ic。另一方面，发电厂的电为了传输需要会将其升为高压，到了用户端再经变压器降压，在接变压器以前的高压端的线为母线，而母线一般采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，其作用是作用是汇集、分配和传送电能。可以理解母线电压即输电在未进行变压器变压前的高压。
在具体的实施例，所述柔性直流输电无源侧包括了柔性直流换流器，对换流器的控制器和电压源，因此所述建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型，如图3，包括：
S11:建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型；
具体的，无源侧柔性直流换流器是指与无源网络连接的一侧柔性直流换流器，其工作于逆变状态.将有功和无功功率传递给无源网络。
在具体的实施例中，所述建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型，如图4，包括：
S111:输入的三相交流电的电流数据转换至dq坐标系中的直流电数据；
具体的，为了简化柔性直流换流器的数学模型，采用派克变换将三相坐标系下的正弦交流量转化为dq坐标系下的直流量。派克变换是将定子的a,b,c三相电流投影到随着转子旋转的直轴(d轴)，交轴(q轴)与垂直于dq平面的零轴(0轴)上去，从而实现了对定子电感矩阵的对角化，对同步电动机的运行分析起到了简化作用。
S112:根据所述dq坐标系中的直流电数据，生成所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中的机电暂态时域模型：
其中L、R分别为母线到换流器桥臂中点的等效电感与等效电阻；ud、uq分别表示母线电压的d、q轴分量；ed、eq分别表示换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d、q轴分量；id、iq分别表示无源交流***电流的d、q轴分量。
具体的，由于在研究换流器交流侧特性时仅考虑正序基波分量，因此采用MMC交流侧的基频动态数学模型进行机电暂态建模，生成所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中的机电暂态时域模型。
在另一具体的实施例中，还可以得到换流器的机电暂态频域模型，具体步骤为：
S113:对所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态时域模型进行拉普拉斯变换，生成无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态频域模型：
具体的，从频域模型可以理解，MMC的交流输出电流仅取决于交流***电压和桥臂差模电压。如果***电压确定了，那么交流输出电流仅取决于桥臂差模电压。
S12:建立无源侧柔性直流换流器的外环控制器和内环控制器的机电暂态模型；
具体的，对于换流器的控制分为外环控制和内环控制。其中内环控制是快速电流控制，外环控制是直流电压和频率控制。
在具体的实施例中，建立柔性直流换流器外环控制器的机电暂态模型，如图5，包括：
S121:确定所述外环控制器的电路拓扑结构；
具体的，外环控制器的电路拓扑结构如图6所示，外环控制器为无源侧交流电压和频率控制，由于无源电网的频率为给定值，因此电角度θ＝ω0t不变，若要保持无源网络的电压和频率额定，只需控制ud＝Um、uq＝0，考虑到换流器的过流能力，添加阀侧电流限幅环节。
S122:将母线电压的d轴分量和q轴分量确定为所述外环控制器的电路拓扑结构的输入变量，将电流参考值的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述外环控制器的机电暂态模型。
具体的，
在具体的实施例中，建立柔性直流换流器内环控制器的机电暂态模型，如图7，包括：
S1201:确定所述内环控制器的电路拓扑结构；
具体的，所谓内环控制器，是指将MMC的共模电流和相电流控制到所需参考电流值。内环控制器的电路拓扑结构如图8所示，内环控制器通过调节MMC的输出电压ed、eq使交流侧id、iq快速跟踪外环控制器输出的电流参考值idref、iqref。
S1202:确定所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式；
具体的，采用电流解耦的连接方式连接内环控制器与柔性直流换流器。可以理解的是，电流解耦是指d轴的电压控制d轴的电流，q轴的电压控制q轴的电流。在具体的实施例中，通过PI控制器实现电流解耦。
S1203:将无源交流***电流的d轴分量和q轴分量和电流参考值的d轴分量和q轴分量确定所述内环控制器的电路拓扑结构的输入变量，根据所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式将柔性直流换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述内环控制器的机电暂态模型。
在具体的实施例中，内环控制器的机电暂态模型时还需要根据初始负载确定内环控制器的控制参数。若初始负载大于第一预设值，则减小所述内环控制器的控制参数，以使内环控制器输出达到限幅值的时间增长；若干年初始负载小于第二预设值，则增大所述内环控制器的控制参数，以提高***动态响应速度。所述第一预设值和第二预设值的选择根据负载的大小来确定。
可以理解，由于机电暂态电压源模型的外环输出量要作为内环控制器的给定值，***实际的控制输入量为内环控制器输出的ed、eq，当对无源***施加大扰动时，由于外环控制器的输出idref、iqref很快达到限幅值，若内环控制器的参数选择不当，内环PI控制器输出很容易讯速达到限幅值，此时电流限幅环节无法再起作用，导致阀侧电流过限。若初始所带负荷较大，此时应适当减小内环控制器kp参数，适当增大内环PI控制器的输出限幅值，从而在发生大扰动时，内环PI控制器输出达到限幅值的时间增长，能够保证阀侧电流限幅节来得及起作用；若初始所带负荷较小，可以适当增大内环控制器kp参数，以获得更快的***动态响应。
S13:建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型。
在具体的实施例中，所述建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型，如图9，包括：
S131:确定所述电压源的电路拓扑结构；
S132:在所述电压源的电路拓扑结构中添加惯性环节结构，进而生成所述电压源机电暂态模型。
具体的，对无源***进行机电暂态仿真建模，忽略MMC内部复杂的动态过程，仅保留无源***及内外环控制器，将换流站整体等效为受控电压源；为仿真实际***的测量部份，对模型施加惯性环节，从而建立了MMC无源侧机电暂态电压源模型，其具体结构框图如图10所示。
S2:根据所述无源侧机电暂态模型进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
在具体的实施例中，采用PSCAD作为无源侧电磁暂态模型和无源侧机电暂态模型模拟输电操作仿真平台，采用带有内外限幅的PI控制器，且在电磁暂态和机电暂态仿真中采用相同的PI控制参数；为简化计算，对模型中的相关电气量进行标幺化处理。
结合一具体的实施场景对本发明作进一步说明。
场景一：
PCC母线处发生三相金属性接地导致无源***PCC母线电压迅速下降为0的机电暂态模拟。
对图1所示的单端有源柔性直流换流器向无源网络输电操作进行模拟，其中MMC1侧为送端，采用定直流电压控制和定无功功率控制，MMC2侧为受端，采用定频率控制和定交流电压控制，本文采用PSCAD作为MMC***的电磁暂态模型和机电暂态模型仿真平台，采用带有内外限幅的PI控制器，且在电磁暂态和机电暂态仿真中采用相同的PI控制参数。无源***原始负荷为800MW，***稳定运行1.0s后，PCC母线处发生三相金属性接地，持续0.2s后清除故障，如图11(包括图11中的(a)，图11中的(b)，图11中的(c)以及图11中的(d))为无源***仿真过程中的动态变化，可以看出，模拟结果表明，电磁暂态模型与机电暂态模型在大扰动下的动态过程大致相同，主要差别在于电磁暂态模型存在调制过程，含有一定的高频分量，而机电暂态模型只考虑了基波分量；分析电磁暂态模型，发现阀侧电流在短路的瞬间出现激增，超过了限幅值，之后电流先降后升，最终稳定在限幅值，在切除故障的瞬间电流骤降，大约100ms后恢复到原来数值。
分析机电暂态模型，发现PCC母线处发生三相金属性接地后，无源***PCC母线电压迅速下降为0,故障切除后的100ms内，电压缓慢升高，100ms后电压恢复到原控制值；阀侧电流在短路的瞬间出现激增，超过了限幅值，但在10ms后电流先降后升，最终稳定在限幅值，在切除故障的瞬间再次出现过流，之后电流先降后升，大约100ms后恢复到原来数值。有功功率在施加故障后缓慢下降，100ms后下降至0、故障切除后的200ms内，有功缓慢升高，200ms后恢复到原来水平；无功功率在故障切除后的20ms内出现波动，之后迅速恢复为0。
可以看出，机电暂态电压源模型对应的无源***在大扰动下能够保持稳定，且模型的仿真结果与电磁暂态精确模型的模拟结果基本一致。
场景二：
不同初始负载下出现无源***PCC母线电压迅速下降为0的机电暂态模拟。
如图12所示的模拟结果，可以看出，图中选取三种不同的初始所带负载，其功率分别为600mW,800mW,1000mW,根据本申请提供的调整方法调整内环控制器kp参数，分别确定为0.5，0.8，1.1。采用对应的kp参数进行模拟仿真，假设***稳定运行1.0s后，PCC母线处发生三相金属性接地，持续0.2s后清除故障，当无源***稳定时，模拟结果验证了内环控制器参数的选取方法的有效性。
由以上描述可知，本发明提供的一种柔性直流输电操作模拟方法，方法包括：将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
从另一层面来说，本申请提供一种用于执行所述柔性直流输电操作模拟方法中全部或部分内容的柔性直流输电操作模拟装置的实施例，参见图13，所述柔性直流输电操作模拟装置具体包含有如下内容：
模型运行模块1，将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
模拟输电模块2，根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
在具体的实施例中，所述柔性直流输电操作模拟装置还包括：
建立模型模块，建立柔性直流输电无源侧机电暂态模型。
具体的，由于所述柔性直流输电无源侧包括了柔性直流换流器，对换流器的控制器和电压源，故建立模型模块分为柔性直流换流器模型建立单元，控制器模型建立单元和电压源模型建立单元。
在优选的实施例中，所述柔性直流换流器模型建立单元，包括：
坐标转换单元，将输入的三相交流电的电流数据转换至dq坐标系中的直流电数据；
时域模型建立单元，根据所述dq坐标系中的直流电数据，生成所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中的机电暂态时域模型：
其中L、R分别为母线到换流器桥臂中点的等效电感与等效电阻；ud、uq分别表示母线电压的d、q轴分量；ed、eq分别表示换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d、q轴分量；id、iq分别表示无源交流***电流的d、q轴分量。
在优选的实施例中，所述柔性直流换流器模型建立单元，还包括：
频域模型建立单元，对所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态时域模型进行拉普拉斯变换，生成无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态频域模型：
在优选的实施例中，所述控制器模块建立单元，包括：
外环控制器模型建立单元，建立外环控制器的机电暂态模型；
具体的，首先确定所述外环控制器的电路拓扑结构；然后将母线电压的d轴分量和q轴分量确定为所述外环控制器的电路拓扑结构的输入变量，将电流参考值的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述外环控制器的机电暂态模型。
内环控制器模型建立单元，建立内环控制器的机电暂态模型。
具体的，首先确定所述内环控制器的电路拓扑结构；然后确定所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式；接着将无源交流***电流的d轴分量和q轴分量和电流参考值的d轴分量和q轴分量确定所述内环控制器的电路拓扑结构的输入变量，根据所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式将柔性直流换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述内环控制器的机电暂态模型。
在具体的实施例中，内环控制器和柔性直流换流器的连接方式采用电流解耦连接方式，可以实现母线电压的d轴只受控于d轴控制电流，母线电压的q轴只受控于q轴控制电流。对于内环控制器的控制参数的选择根据初始负载确定，若初始负载大于第一预设值，则减小所述内环控制器的控制参数，以使内环控制器输出达到限幅值的时间增长；若初始负载小于第二预设值，则增大所述内环控制器的控制参数，以提高***动态响应速度。
在优选的实施例中，所述电压源模型建立单元，包括：首先确定所述电压源的电路拓扑结构；然后在所述电压源的电路拓扑结构中添加惯性环节结构，进而生成所述电压源机电暂态模型。
具体的，对无源***进行机电暂态仿真建模，忽略MMC内部复杂的动态过程，仅保留无源***及内外环控制器，将换流站整体等效为受控电压源；为仿真实际***的测量部份，对模型施加惯性环节，从而建立了MMC无源侧机电暂态电压源模型。
由以上描述可知，本发明提供的柔性直流输电操作模拟装置，模型运行模块1，将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；模拟输电模块2，根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
从硬件层面来说，本申请提供一种用于实现柔性直流输电操作模拟方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
图14为本申请实施例的电子设备9600的***构成的示意框图。如图14所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图14是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
在一实施例中，柔性直流输电操作模拟功能可以被集成到中央处理器中。其中，中央处理器可以被配置为进行如下控制：
S1:将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
S2:根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
从上述描述可知，本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
在另一个实施方式中，柔性直流输电操作模拟装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以柔性直流输电操作模拟装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现柔性直流输电操作模拟功能。
如图14所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图14中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图14中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图14所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的柔性直流输电操作模拟方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的柔性直流输电操作模拟方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
S1:将三项交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
S2:根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态。
从上述描述可知，本申请可以有效地模拟柔性直流输电无源侧的机电暂态情况，直观地反映柔性直流输电操作的过程，有利于更优地控制整个柔性直流输电操作。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，包括：
将三相交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态；
建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型；
所述建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型，包括：
建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型；
建立无源侧柔性直流换流器的外环控制器和内环控制器的机电暂态模型；
建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型；
根据初始负载确定内环控制器的控制参数kp；
若初始负载大于第一预设值，则减小所述内环控制器的控制参数kp，以使内环控制器输出达到限幅值的时间增长；
若初始负载小于第二预设值，则增大所述内环控制器的控制参数kp，以提高***动态响应速度。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，所述无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型，包括：
将输入的三相交流电的电流数据转换至dq坐标系中的直流电数据；
根据所述dq坐标系中的直流电数据，生成所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中的机电暂态时域模型：
其中L、R分别为母线到换流器桥臂中点的等效电感与等效电阻；ud、uq分别表示母线电压的d、q轴分量；ed、eq分别表示换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d、q轴分量；id、iq分别表示无源交流***电流的d、q轴分量。
3.根据权利要求2所述的一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，所述无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型，还包括：
对所述无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态时域模型进行拉普拉斯变换，生成无源侧柔性直流换流器在dq坐标系中机电暂态频域模型：
。
4.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，建立柔性直流换流器外环控制器的机电暂态模型，包括：
确定所述外环控制器的电路拓扑结构；
将母线电压的d轴分量和q轴分量确定为所述外环控制器的电路拓扑结构的输入变量，将电流参考值的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述外环控制器的机电暂态模型。
5.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，建立柔性直流换流器内环控制器的机电暂态模型，包括：
确定所述内环控制器的电路拓扑结构；
确定所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式；
将无源交流***电流的d轴分量和q轴分量和电流参考值的d轴分量和q轴分量确定所述内环控制器的电路拓扑结构的输入变量，根据所述内环控制器与柔性直流换流器的连接方式将柔性直流换流器上下桥臂电抗器虚拟等电位点电压的d轴分量和q轴分量确定为输出变量，进而生成所述内环控制器的机电暂态模型。
6.根据权利要求5所述的一种柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，所述内环控制器和柔性直流换流器的连接方式，包括：
电流解耦连接方式。
7.根据权利要求1所述的柔性直流输电操作模拟方法，其特征在于，所述建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型，包括：
确定所述电压源的电路拓扑结构；
在所述电压源的电路拓扑结构中添加惯性环节结构，进而生成所述电压源机电暂态模型。
8.一种柔性直流输电操作模拟装置，其特征在于，包括：
模型运行模块，将三相交流电的电流数据输入至预设的柔性直流输电无源侧机电暂态模型，得到无源侧的母线电压；
模拟输电模块，根据所述无源侧的母线电压进行对应的柔性直流输电操作，其中，所述无源侧机电暂态模型用于模拟柔性直流输电***中的无源侧的机电暂态；
模型建立模块，建立柔性直流输电无源侧的机电暂态模型；
所述模型建立模块，包括：
柔性直流换流器模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的机电暂态模型；
控制器模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的外环控制器和内环控制器的机电暂态模型；
电压源模型建立单元，建立无源侧柔性直流换流器的电压源机电暂态模型；
所述控制器模型建立单元具体用于：
根据初始负载确定内环控制器的控制参数kp；
若初始负载大于第一预设值，则减小所述内环控制器的控制参数kp，以使内环控制器输出达到限幅值的时间增长；
若初始负载小于第二预设值，则增大所述内环控制器的控制参数kp，以提高***动态响应速度。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7任一项所述的柔性直流输电操作模拟方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的柔性直流输电操作模拟方法。
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