一種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，包括電流觸發角輸出模塊、重啟動控制模塊和選擇模塊；電流觸發角輸出模塊和重啟動控制模塊分別輸出電流觸發角和重啟動觸發角，電流觸發角和重啟動觸發角通過選擇模塊得到觸發角指令值。本發明克服原有直流輸電控制系統的缺點，彌補其仿真能力的不足，適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，較為準確的反映特高壓直流工程的控制特性，解決了原有機電暫態直流模型控制的仿真準確性問題。
【專利說明】-種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種控制系統，具體涉及一種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制 系統。
【背景技術】
[0002] 特高壓直流工程連續投運，交直流系統相互影響作用顯著。特高壓直流的暫態特 性主要由其控制系統所決定，因此對特高壓直流控制系統的準確模擬是機電暫態計算中直 流建模的關鍵。國內使用的原有機電暫態直流仿真模型主要為機電暫態仿真軟件PSD-BPA 與PSASP中的直流模型，它們的主要缺點是：
[0003] (1)總體控制策略簡略，不具備現代直流輸電工程的若干關鍵模塊；
[0004] (2)主要模塊的實現方法與特高壓實際工程差別大。
[0005] 總的來說，由于特性差距較大，原有的直流控制系統是不適用于特高壓直流工程 的仿真計算的，建立能夠準確反映特高壓直流控制特性的控制系統十分必要。
【發明內容】
[0006] 為克服原有直流輸電控制系統的缺點，彌補其仿真能力的不足，本發明提供一種 適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系 統，較為準確的反映特高壓直流工程的控制特性，解決了原有機電暫態直流模型控制的仿 真準確性問題。
[0007] 為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：
[0008] 本發明提供一種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，所述系統包括電流 觸發角輸出模塊、重啟動控制模塊和選擇模塊；所述電流觸發角輸出模塊和重啟動控制模 塊分別輸出電流觸發角和重啟動觸發角，所述電流觸發角和重啟動觸發角通過選擇模塊得 到觸發角指令值。
[0009] 所述電流觸發角輸出模塊包括主控制模塊、低壓限流控制模塊和電流控制模塊； 所述主控制模塊輸出電流指令值I。，I。通過低壓限流控制模塊得到電流指令限幅值1。^， 1。^經過電流控制模塊輸出電流觸發角a it)
[0010] 所述主控制模塊中，通過第五選擇器確定系統運行于恒定功率控制模式或恒定電 流控制模式；所述第五選擇器輸出電流指令運行值1%，再經過電流指令補償控制，即將U 與直流電流Id的偏差進行積分后作為補償量，與u相加得到最終的電流指令值I。，有：
[0011]
【權利要求】
1. 一種適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于：所述系統包括電流 觸發角輸出模塊、重啟動控制模塊和選擇模塊；所述電流觸發角輸出模塊和重啟動控制模 塊分別輸出電流觸發角和重啟動觸發角，所述電流觸發角和重啟動觸發角通過選擇模塊得 到觸發角指令值。
2. 根據權利要求1所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述電流觸發角輸出模塊包括主控制模塊、低壓限流控制模塊和電流控制模塊；所述主控 制模塊輸出電流指令值I。，I。通過低壓限流控制模塊得到電流指令限幅值It5lim,It5lim經過電 流控制模塊輸出電流觸發角ap
3. 根據權利要求2所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述主控制模塊中，通過第五選擇器確定系統運行于恒定功率控制模式或恒定電流控制模 式；所述第五選擇器輸出電流指令運行值Itjp，再經過電流指令補償控制，即將Itjp與直流電 流Id的偏差進行積分后作為補償量，與Itjp相加得到最終的電流指令值I。，有：
其中，In直流電流額定值； 電流指令運行值Itjp的確定分為以下兩種情況： (1) 當第五選擇器的開關量Mode= 1時，系統運行于恒定功率控制模式，直流電壓Ud 先經過帶有下限幅的一階濾波器，該一階濾波器的濾波時間常數為Ttl，下限幅為Udmin，經過 一階濾波器輸出濾波后的直流電壓Udfilt，電流指令運行值Itjp為：
其中，PMf為所設定的直流功率參考值； (2) 當第五選擇器的開關量Mode= 0時，系統運行于恒定電流控制模式，電流指令運行 值U為：
式中：IMf為所設定的電流指令參考值。
4. 根據權利要求2所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述低壓限流控制模塊中，直流電壓Ud先經過一階濾波器以濾除高頻抖動，該一階濾波器 的濾波時間常數T可調，若Ud為上升趨勢，T取濾波時間上升常數Tup，若Ud為下降趨勢，T 取濾波時間下降常數Tdn ;再根據該一階濾波器輸出的直流電壓Udf，依據插值法計算電流指 令限幅值有：
其中，I。為電流指令值輸出模塊輸出的電流指令值，Irailin為所設定的最小電流指令值， Udhigh為低壓限流控制模塊的啟動電壓，Udlmt為低壓限流控制模塊的退出電壓。
5. 根據權利要求2所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述電流控制模塊輸出電流觸發角ai具體包括以下步驟： 步驟a:計算直流電流Id與電流指令限幅值Itjlim之間的電流偏差并放大，得到放大的 電流偏差Idiff，區分整流側與逆變側，通過第六選擇器選擇電流裕度，使兩側保持〇.Ipu的 電流裕度，Idiff表示為：
其中，Gain為放大倍數； 步驟b=Idiff經過比例支路，得到ai的比例分量ai_P，具體有：
其中，Kpi為比例增益，《廣為電流觸發角ai上一步計算值，sinl5° /咖《廣為對比 例增益Kpl進行修正的修正因子； Idiff同時經過積分支路，得到a,的積分分量ai_I，具體有：
其中，Tii積分時間常數，Ciimax為電流觸發角上限值，Ciimin為電流觸發角下限值；aJ與ai_I相加后經再次限幅，得至丨J電流觸發角ai，有：
6. 根據權利要求5所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 電流觸發角上限值aimax通過電壓控制模塊、換相失敗預測控制模塊、熄弧角控制模塊共同 確定，并通過第一選擇器選擇位于整流側或逆變側； 在整流側，所述換相失敗預測控制模塊輸出換相裕度角Aa，通過熄弧角控制模塊輸 出經修正后的最大觸發角a' _，該a' _即為電流觸發角上限值aiMx ; 在逆變側，a 輸入給所述電壓控制模塊，電壓控制模塊輸出的電壓觸發角〇7即 為電流觸發角上限值aiMX。
7. 根據權利要求6所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 電壓控制模塊輸出電壓觸發角av，具體包括以下步驟： 步驟a:區分整流側與逆變側，通過第七選擇器、第八選擇器和第九選擇器計算直流電 壓Ud與直流電壓參考值Udref之間的電流偏差Udiff，有：
其中，AUd,和AUdi分別為整流側與逆變側電壓指令裕度，R為直流線路的電阻； 步驟b:隨后進入比例積分控制與限幅，輸出電壓觸發角av，具體有：
其中，Kpv為比例增益，Tiv為積分時間常數，a 為熄弧角預測模塊輸出的修正后的 最大觸發角。
8. 根據權利要求6所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述熄弧角控制模塊輸出最大觸發角a_，a_表示為：
其中，為熄弧角參考值，dx為換相電抗，Uditl為理想空載直流電壓； 經過伏安特性曲線斜率的動態修正，修正后的最大觸發角a'
其中，k為修正增益。
9. 根據權利要求6所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述換相失敗預測控制模塊通過第十二選擇器輸出換相裕度角Aa，有：
其中，Uaetl為初始穩態交流母線正序電壓，Ua。為實際交流母線正序電壓，Kef為換相失敗 電壓閾值，Grf為換相失敗電壓增益； 正常運行時，Aa= 0;故障發生時，若電壓跌落幅度超過設定的換相失敗電壓閾值Ktf，按（12)計算換相裕度角Aa。
10. 根據權利要求5所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 電流觸發角下限值aimin通過電壓控制模塊、整流側最小觸發角控制模塊、電壓恢復控制模 塊和第三選擇器共同確定，并通過第二選擇器選擇位于整流側或逆變側； 在整流側，整流側最小觸發角控制模塊輸出最小觸發角a^，其與電壓觸發角av、整 流側最小常數角取最大值，該最大值即為電流觸發角下限值aimin ; 在逆變側，電壓恢復控制模塊輸出電壓加速標志，該電壓加速標志輸入給第三選擇器， 電壓加速標志啟動時，電流觸發角下限值aimin等于電壓觸發角av，否則等于逆變側最小 常數角。
11. 根據權利要求10所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在 于：整流側最小觸發角控制模塊輸出最小觸發角amin具體包括以下情況： (1) 正常運行時，實際交流母線正序電壓Ua。高于預設的交流母線正序電壓第一級閾值 K1與第二級閾值K2，且K1I2，通過第十選擇器確定amin = 〇 ; (2) 故障發生時，Ua。低于第一級閾值K1，則通過第十選擇器確定
，其中Cdl為 第一級最小觸發角； (3) 若Ua。繼續降低至小于第二級閾值K2，則通過第十一選擇器確定a^in =D1，其中D1 為第二級最小觸發角； (4) 若故障清除后Ua。恢復至高于第一級閾值K1，則將amin從Cdl以固定速率逐漸 下降至零。
12. 根據權利要求10所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在 于：直流電壓若低于〇. 6pu且超過低電壓延時T1，則電壓恢復控制模塊啟動，電壓恢復控制 模塊輸出電壓加速標志URC_ON，使URC_ON置1，表明將強制逆變側電流觸發角為電壓控制 模塊輸出的電壓觸發角av，以提升直流電壓的恢復速度； 若直流電壓恢復至〇.7pu以上，則電壓恢復控制模塊退出，逆變側的電流觸發角選擇 逆變側最小常數角。
13. 根據權利要求10所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在 于：所述整流側最小常數角取5°，所述逆變側最小常數角取110°。
14. 根據權利要求1所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在于： 所述重啟動控制模塊輸出的重啟動觸發角aM與電流觸發角Cii通過選擇模塊得到觸發角 指令值aOTd，所述選擇模塊為第四選擇器。
15. 根據權利要求14所述的適用于機電暫態仿真的特高壓直流控制系統，其特征在 于：所述重啟動控制模塊輸出重啟動觸發角aM具體包括以下步驟： 步驟a:根據判據判斷系統是否因直流線路的短路故障進入重啟動狀態，若條件滿足， 進入步驟b的重啟動控制；判據如下：
其中，Ite為整流側直流電流，Idi為逆變側直流電流，Kms為整流側和逆變側之間的電流 差閾值； 步驟b:重啟動控制具體過程如下： 1) 將重啟動觸發角aM置位于164°，重啟次數計數器累加； 2) 若重啟次數計數器次數超過3次，則發出閉鎖信號；若不超過3次，保持164° 狀態持續〇. 15s后將aM置位于60°再保持35ms; 3) 根據判據再次判斷系統狀態，若仍滿足判據，則重復重啟動控制。
【文檔編號】H02J3/36GK104242331SQ201410398668
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月14日 優先權日:2014年8月14日
【發明者】萬磊, 侯俊賢, 宋新立, 王鐵柱, 劉文焯 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網上海市電力公司