模型和調(diào)節(jié)方式對(duì)交直流混合電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響

1、模型和調(diào)節(jié)方式對(duì)交直流混合電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響         09-07-07 16:34:00     編輯：凌月仙仙摘  要：該文詳細(xì)地模擬了直流系統(tǒng)中三種不同的計(jì)算模型、三種不同的調(diào)節(jié)方式和兩種緊急控制措施；重點(diǎn)討論了模型和調(diào)節(jié)方式對(duì)交直流混合電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，并以修改后的EPRI-36系統(tǒng)為例，借助于概率分析的方法，對(duì)各種模型和控制措施的作用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)比較；討論了在交直流混合系統(tǒng)中，采用不同的計(jì)算模型和調(diào)節(jié)方式對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定性可能出現(xiàn)的不同效果；證

2、明了在交直流系統(tǒng)的理論計(jì)算和工程應(yīng)用中，選擇合理的直流模型、調(diào)節(jié)方式和控制參數(shù)的重要性。關(guān)鍵詞: 電力系統(tǒng)；直流輸電；模型；調(diào)節(jié)方式；暫態(tài)穩(wěn)定性；概率分析 1  概述    隨著直流輸電技術(shù)的日益成熟和交直流混合輸電工程的陸續(xù)投運(yùn)，研究直流系統(tǒng)的模型及其調(diào)節(jié)方式對(duì)交直流混合系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響顯得尤為重要。在穩(wěn)定研究中，直流系統(tǒng)主要采用的有穩(wěn)態(tài)模型、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型和改進(jìn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型13。穩(wěn)態(tài)模型是利用換流器的穩(wěn)態(tài)方程，將直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)聯(lián)系起來進(jìn)行求解；準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型則是充分考慮調(diào)節(jié)器本身的調(diào)節(jié)過程，將直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)分成不同的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行混合系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算

3、；而改進(jìn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型則考慮了交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，換相電壓不對(duì)稱對(duì)換流器的影響。直流系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式主要有定電流-定熄弧角調(diào)節(jié)、定延遲角-減額定電流調(diào)節(jié)、定延遲角-定超前角調(diào)節(jié)、定電流-定電壓調(diào)節(jié)等。此外，對(duì)于直流系統(tǒng)，還有兩種緊急控制措施：低電壓限電流和重啟動(dòng)。采取不同的直流系統(tǒng)模型和調(diào)節(jié)方式，對(duì)交直流混合系統(tǒng)的穩(wěn)定將產(chǎn)生很大的影響。       在電力系統(tǒng)研究中，概率分析方法根據(jù)電力系統(tǒng)擾動(dòng)固有的隨機(jī)性和復(fù)雜性對(duì)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估，彌補(bǔ)了確定性方法僅針對(duì)某些給定的場(chǎng)景進(jìn)行暫穩(wěn)定分析的局限性。因此，概率分析方法在電力系統(tǒng)

4、中得到了廣泛的重視46，這些研究成果推動(dòng)了概率穩(wěn)定性理論研究和實(shí)用化的發(fā)展。       本文在基于非序貫蒙特卡羅仿真算法的基礎(chǔ)上采用概率性評(píng)估框架，以修改后的EPRI-36節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，對(duì)直流系統(tǒng)采用不同數(shù)學(xué)模型、調(diào)節(jié)方式及參數(shù)的選擇和緊急控制措施對(duì)交直流混合電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了大量的仿真研究和量化比較，并給出了詳細(xì)的仿真結(jié)果。2  直流系統(tǒng)的模型和調(diào)節(jié)方式2.1  直流系統(tǒng)的模型       直流系統(tǒng)目前采用的數(shù)學(xué)模型1-3有穩(wěn)態(tài)模型、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)

5、模型以及改進(jìn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，其物理接線如圖1所示。 在穩(wěn)定計(jì)算中，無論直流系統(tǒng)采用何種模型，直流系統(tǒng)都將從交流系統(tǒng)中獲得換流器交流電壓，經(jīng)過計(jì)算后，轉(zhuǎn)換為有功、無功并代入到交流系統(tǒng)模型中，以完成交直流混合系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算。    （1）直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型       該模型根據(jù)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)公式來進(jìn)行混合系統(tǒng)的穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)于不同的調(diào)節(jié)方式，計(jì)算公式也不相同。具體的計(jì)算公式是在以下5個(gè)公式的基礎(chǔ)上變換得到的（標(biāo)幺值形式）：   （2）直流系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型  &

6、#160;    直流系統(tǒng)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型是充分考慮到調(diào)節(jié)器本身的調(diào)節(jié)功能，并設(shè)置調(diào)節(jié)過程中的傳遞函數(shù)，以計(jì)算換流器的模型。       以定電流調(diào)節(jié)為例，其調(diào)節(jié)過程如圖2所示，圖中省去了低壓限電流環(huán)節(jié)和電流定值限制環(huán)節(jié)。    圖2中，直流系統(tǒng)調(diào)節(jié)器按照調(diào)節(jié)量是否大于整定值設(shè)計(jì)成正反2個(gè)方向，且各自具有不同的增益和時(shí)間常數(shù)，同時(shí)，調(diào)節(jié)器對(duì)大小不同的誤差信號(hào)具有不同的限值。定電壓調(diào)節(jié)、定熄弧角調(diào)節(jié)與定電流調(diào)節(jié)類似。（3）直流系統(tǒng)改進(jìn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型   

7、    該模型考慮了在交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，換流器的三相電壓不對(duì)稱，從而通過傅立葉分解求出電流、電壓的基波分量，將整流側(cè)、逆變側(cè)直流節(jié)點(diǎn)等值序阻抗與交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算用的序網(wǎng)接口進(jìn)行交直流混合系統(tǒng)的數(shù)字仿真計(jì)算，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型一致。2.2  直流系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式       直流系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式采用了定電流-定熄弧角、定延遲角-減額定電流、定延遲角-定超前角、定電流-定電壓等，以及兩種直流系統(tǒng)的緊急控制措施：低壓限電流和直流線路的重啟動(dòng)。    （1）調(diào)節(jié)

8、方式1    定電流(CC)-定熄弧角(CEA)和定延遲角(CIA)-減額定電流(DCC)方式，該方式中2種模式之間相互轉(zhuǎn)換的過程如圖3所示。（2）調(diào)節(jié)方式2    定電流(CC)-定熄弧角(CEA)、定a-定b、定延遲角(CIA) -減額定電流(DCC)的混合調(diào)節(jié)方式，該方式是在調(diào)節(jié)方式1的2種運(yùn)行模式在相互轉(zhuǎn)化的過程中存在一個(gè)過渡過程時(shí)，設(shè)置定a-定b運(yùn)行方式，此時(shí)電壓-電流特性曲線上翹，如圖4所示。   （3）調(diào)節(jié)方式3    定電流(CC)-定熄弧角(CEA)、定電流(CC)-

9、定電壓(CV)、定延遲角(CIA)-減額定電流(DCC)的混合調(diào)節(jié)方式，該方式是將整流側(cè)仍按定電流調(diào)節(jié)，而逆變側(cè)則按直流線路末端電壓保持一定的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了防止換相失敗，逆變側(cè)仍裝有定d調(diào)節(jié)器，不過它只有在d<d0時(shí)才進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)如圖5所示。（4）低壓限電流措施       低電壓限電流是直流輸電系統(tǒng)常用措施，見圖6所示，其中，Dv為低電壓限值，當(dāng)電壓過低時(shí)可適當(dāng)減小電流的整定值。    （5）直流線路重啟動(dòng)措施      

10、60; 直流線路重啟動(dòng)特性見圖7。圖中，ki表示直流線路啟動(dòng)Ti時(shí)刻后的直流線電流整定系數(shù)。kj表示直流線路啟動(dòng)Tj時(shí)刻后的直流線電流整定系數(shù)。        當(dāng)計(jì)算中發(fā)現(xiàn)直流線路不能正常運(yùn)行時(shí)，直流線路停運(yùn)一周波后按啟動(dòng)特性重啟動(dòng)，當(dāng)發(fā)生換相失敗、3-4運(yùn)行方式時(shí)，將觸發(fā)角提前一定角度觸發(fā)，如直流線仍不能正常運(yùn)行，則將直流線按啟動(dòng)特性重啟動(dòng)。 3  故障模擬及風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)3.1 故障模擬       本文用非序貫蒙特卡羅仿真技術(shù)模擬了8種等效故障模式：線路開

11、路；線路短路；母線短路；斷路器接地；斷路器拒分；重合閘拒合；直流線路單極停運(yùn)；直流線路雙極停運(yùn)。換流器換相失敗和換流器3-4運(yùn)行將在計(jì)算過程中模擬。3.2 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)       為簡(jiǎn)煉起見，本文采用系統(tǒng)失穩(wěn)概率（PLOS）評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能，其它的系統(tǒng)層和節(jié)點(diǎn)指標(biāo)見文1。4  算例4.1 計(jì)算條件      根據(jù)上述模型編制了軟件，對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了計(jì)算，這里給出了EPRI-36測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)果，所有算例的抽樣次數(shù)均為70000次。       系統(tǒng)的接線圖見圖8，穩(wěn)定計(jì)算數(shù)據(jù)取自文7，各元件的技術(shù)和可靠性參數(shù)見文2。4.2 方案設(shè)計(jì)及結(jié)果討論       根據(jù)直流系統(tǒng)的3種模型、3種調(diào)節(jié)方式、調(diào)節(jié)器中增益、時(shí)間常數(shù)以及直流系統(tǒng)重啟動(dòng)或停運(yùn)的不同，設(shè)計(jì)了不同的計(jì)算方案。由于本文只討論直流系統(tǒng)的模型和調(diào)節(jié)方式對(duì)混合系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，因此，在計(jì)算過程中沒有模擬任何交流系統(tǒng)的緊