模型和调节方式对交直流混合电力系统暂态稳定性的影响.doc

模型和调节方式对交直流混合电力系统暂态稳定性的影响 摘要：该文详细地模拟了直流系统中三种不同的计算 模型、三种不同的调节方式和两种紧急控制措施；重点讨 论了模型和调节方式对交直流混合电力系统暂态稳定性的 影响，并以修改后的EPRI-36系统为例，借助于概率分析 的方法，对各种模型和控制措施的作用进行了统计比较； 讨论了在交直流混合系统中，采用不同的计算模型和调节 方式对暂态稳定性可能出现的不同效果；证明了在交直流 系统的理论计算和工程应用中，选择合理的直流模型、调 节方式和控制参数的重要性。 关键词：电力系统；直流输电；模型；调节方式；暂态 稳定性；概率分析 1概述 随着直流输电技术的日益成熟和交直流混合输电工程 的陆续投运，研究直流系统的模型及其调节方式对交直流 混合系统暂态稳定性的影响显得尤为重要。在稳定研究中， 直流系统主要采用的有稳态模型、准稳态模型和改进的准 稳态模型［1 ~3］。稳态模型是利用换流器的稳态方程，将直 流系统与交流系统联系起来进行求解；准稳态模型则是充 分考虑调节器本身的调节过程，将直流系统和交流系统分 成不同的时间步长进行混合系统的稳定计算；而改进的准 稳态模型则考虑了交流系统发生不对称故障时，换相电压 不对称对换流器的影响。直流系统的调节方式主要有定电 流--定熄弧角调节、定延迟角---减额定电流调节、定延迟 角---定超前角调节、定电流—定电压调节等。此外，对 于直流系统，还有两种紧急控制措施：低电压限电流和重 启动。采取不同的直流系统模型和调节方式，对交直流混 合系统的稳定将产生很大的影响。 在电力系统研究中，概率分析方法根据电力系统扰动 固有的随机性和复杂性对系统的暂态稳定性进行统计评估， 弥补了确定性方法仅针对某些给定的场景进行暂稳定分析 的局限性。因此，概率分析方法在电力系统中得到了广泛 的重视［4~6］，这些研究成果推动了概率稳定性理论研究和 实用化的发展。 本文在基于非序贯蒙特卡罗仿真算法的基础上采用概 率性评估框架，以修改后的EPRI-36节点系统为例，对直 流系统采用不同数学模型、调节方式及参数的选择和紧急 控制措施对交直流混合电力系统暂态稳定性的影响进行了 大量的仿真研宄和量化比较，并给出了详细的仿真结果。 2直流系统的模型和调节方式 直流系统的模型 直流系统目前采用的数学模型［1-3］有稳态模型、准稳 态模型以及改进的准稳态模型，其物理接线如图1所示。 在稳定计算中，无论直流系统采用何种模型，直流系 统都将从交流系统中获得换流器交流电压，经过计算后， 转换为有功、无功并代入到交流系统模型中，以完成交直 流混合系统的稳定计算。 直流系统的稳态模型 该模型根据直流系统的稳态公式来进行混合系统的稳 定性计算，对于不同的调节方式，计算公式也不相同。具 体的计算公式是在以下5个公式的基础上变换得到的(标 幺值形式)： 直流系统的准稳态模型 直流系统的准稳态模型是充分考虑到调节器本身的调 节功能，并设置调节过程中的传递函数，以计算换流器的 模型。 以定电流调节为例，其调节过程如图2所示，图中省 去了低压限电流环节和电流定值限制环节。 图2中，直流系统调节器按照调节量是否大于整定值 设计成正反2个方向，且各自具有不同的增益和时间常数， 同时，调节器对大小不同的误差信号具有不同的限值。定 电压调节、定熄弧角调节与定电流调节类似。 直流系统改进的准稳态模型 该模型考虑了在交流系统发生不对称故障时，换流器 的三相电压不对称，从而通过傅立叶分解求出电流、电压 的基波分量，将整流侧、逆变侧直流节点等值序阻抗与交 流系统暂态稳定计算用的序网接口进行交直流混合系统的 数字仿真计算，其调节系统与准稳态模型一致。 直流系统的调节方式 直流系统的调节方式采用了定电流-定熄弧角、定延迟 角-减额定电流、定延迟角定超前角、定电流-定电压等， 以及两种直流系统的紧急控制措施：低压限电流和直流线 路的重启动。 调节方式1 定电流(CC)-定熄弧角(CEA)和定延迟角(CIA)-减额定 电流(DCC)方式，该方式中2种模式之间相互转换的过程如 图3所示。 调节方式2 定电流(CC )-定熄弧角(CEA )、定a--^b、定延迟角 (CIA)-减额定电流(DCC)的混合调节方式，该方式是在调节 方式1的2种运行模式在相互转化的过程中存在一个过渡 过程时，设置定a-_定b运行方式，此时电压-电流特性曲 线上翘，如图4所示。 (3)调节方式3 定电流(CC)-定熄弧角(C EA)、定电流(CC )-定电压 (CV)、定延迟角(CIA)-减额定电流(DCC)的混合调节方式， 该方式是将整流侧仍按定电流调节，而逆变侧则按直流线 路末端电压保持一定的方式进行调节。为了防止换相失败， 逆变侧仍装有定d调节器，不过它只有在d (