一种点对网高压交直流背靠背仿真系统的制作方法

本实用新型涉及供电领域，尤指一种点对网高压交直流背靠背仿真系统。

背景技术：

华北地区存在大量的大容量机组长距离直接接入电网即点对网的供电方式，在传统的点对网供电方式中，仿真分析机组稳定问题均使用机电暂态的仿真方法。随着直流技术的发展，诸多直流输电工程和大容量电力电子装置在电网中投运，大容量机组点对网接入直流换流站的供电方式开始出现，进而带来高压直流与点对网机组之间互相影响的一系列问题。传统的直流输电系统运行分析采用电磁暂态仿真方法，与机组稳定分析使用的机电暂态仿真方法差别较大，无法使这两种仿真方法相互结合。

目前，已经有将交直流大电网电磁/机电暂态仿真的覆盖式分网方法，但此方法针对一般的交直流系统联网。华北地区直流输电存在的形式较为特殊，为背靠背形式，和传统的直流输电形式也不同，同时还存在点对网的电源接入形态，仿真方法也需要考虑背靠背的两侧交流系统的影响。

因此，需要一种新的仿真方法，能够结合机电暂态仿真方法和电磁暂态仿真方法的优点，进行点对网高压交直流混合背靠背仿真。

目前的交直流大电网电磁/机电暂态仿真的覆盖式分网系统如下图1所示，按照大电网中的电压等级，将交直流大电网划分为三个子网。将第一子网放入电磁暂态侧，并对其进行电磁暂态仿真计算，将第二字网放入机电暂态侧，并对其进行机电暂态仿真计算。第一子网与第二子网重叠的部分，记为第三子网，其中包含分网接口A和分网接口B，分别负责与第一子网和第二子网进行接口等值计算。

现有技术方案中，对于点对网高压交直流背靠背仿真分析，存在以下两个缺陷：

1、在交流发电输电配电系统中，没有包含点对网直接接入直流电网的模式。大容量发电机点对网直接接入直流电网，其仿真分析系统与常规的交流发电输电配电系统不同，不能等值为电压源，也不能等值为功率源。

2、在高压直流输电系统中，没有包含背靠背的交直流电网运行模式。高压直流输电系统和背靠背交直流电网系统是两个不同的系统，其运行模式和等值方式均不同，无法使用高压直流输电系统对背靠背交直流电网系统进行仿真。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种点对网高压交直流背靠背仿真系统，解决现有技术中无法有效模拟点对网高压交直流背靠背仿真的问题。

为达上述目的，本实用新型所提供的点对网高压交直流背靠背仿真系统，具体包含：点对网模块、背靠背模块和交流模块；所述点对网模块包含大容量发电机和第一换流变压器；所述交流模块包含交流发电输电配电单元和第二换流变压器；所述背靠背模块包含所述第一换流变压器、所述第二换流变压器、第一换流单元和第二换流单元；所述大容量发电机与所述第一换流变压器电连接，所述第一换流变压器电连接与所述第一换流单元电连接，所述第一换流单元与所述第二换流单元电连接，所述第二换流单元与所述第二换流变压器电连接，所述第二换流变压器与所述交流发电输电配电单元电连接。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述第一换流变压器提供所述点对网模块与所述背靠背模块之间的第一分网接口；所述第二换流变压器提供所述交流模块与所述背靠背模块之间的第二分网接口。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述第一换流变压器和所述第二换流变压器均为机电暂态仿真和/或电磁暂态仿真的数据接口。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述点对网模块中的所述大容量发电机通过机组的轴系模型建模，采用机电暂态仿真的方法进行仿真分析。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述背靠背模块中的所述第一换流单元和所述第二换流单元通过阀组模型建模，采用电磁暂态仿真的方法进行仿真分析。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述交流模块中的所述交流发电输电配电单元通过等值的方法建模，采用机电暂态仿真的方法进行分析。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述第一换流变压器和所述第二换流变压器还分别包含比对单元，所述比对单元用于分别采集点对网模块和交流模块进行机电暂态仿真分析的机电暂态步长与背靠背模块进行电磁暂态仿真分析的电磁暂态步长，并比较所述机电暂态步长和所述电磁暂态步长生成比较结果。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真系统中，优选的，所述仿真系统还包含扰动检测单元，所述扰动检测单元用于在电磁暂态仿真步长开始之前检测扰动发生位置。

本实用新型还提供一种点对网高压交直流背靠背仿真方法，所述仿真方法包含：步骤一、分别对点对网模块和交流模块进行机电暂态仿真分析，对背靠背模块进行电磁暂态仿真分析；步骤二、通过第一换流变压器提供大容量发电机的电压电流输出数据与背靠背模块的数据交互；通过第二换流变压器提供交流发电输电配电单元的电压电流输出数据与背靠背模块的数据交互；步骤三、对所述背靠背模块进行电磁暂态仿真并监控电磁暂态仿真的步长累积长度，当所述步长累积长度加上下一个电磁暂态仿真的步长大于机电暂态仿真的步长时，第一换流变压器与第一换流单元进行数据交互，第二换流变压器与第二换流单元进行数据交互。

在上述点对网高压交直流背靠背仿真方法中，优选的，所述仿真方法还包含：检测扰动位置；当扰动将发生在背靠背模块的下一个电磁暂态仿真步长中时，则于所述步骤三中进行扰动的电磁暂态仿真后，在进行所述步骤二中的机电暂态仿真；当扰动将发生在点对网模块或交流模块的下一个机电暂态仿真步长中时，则于所述步骤三中进行电磁暂态仿真，并于扰动时刻在步骤二中进行机电暂态仿真。

本实用新型的有益技术效果在于：使用换流变压器作为机电暂态模型和电磁暂态模型分网接口的方法与使用交流母线作为数据交换界面的方法不同，使用变压器的两侧作为机电暂态模型与电磁暂态模型的分网接口，利用变压器内磁通不能突变的特性，缩小机电暂态大步长仿真和电磁暂态多个小步长仿真之间的数据差异，有利于分网接口处的数据交换。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为现有直流大电网电磁/机电暂态仿真的覆盖式分网系统示意图；

图2为本实用新型所提供的点对网高压交直流背靠背仿真系统示意图；

图3为本实用新型所提供的点对网高压交直流背靠背仿真方法流程示意图；

图4为本实用新型所提供的点对网高压交直流背靠背仿真方法流程步骤示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

请参考图2所示，其中换流变压器A为第一换流变压器，换流变压器B为第二换流变压器，换流单元A为第一换流单元，换流单元B为第二换流单元，上述第一或第二仅为便于识别对应的单元或模块，并不限定其功能和排序。

在本实用新型所提供的点对网高压交直流背靠背仿真系统，具体包含：点对网模块、背靠背模块和交流模块；所述点对网模块包含大容量发电机和第一换流变压器；所述交流模块包含交流发电输电配电单元和第二换流变压器；所述背靠背模块包含所述第一换流变压器、所述第二换流变压器、第一换流单元和第二换流单元；所述大容量发电机与所述第一换流变压器电连接，所述第一换流变压器电连接与所述第一换流单元电连接，所述第一换流单元与所述第二换流单元电连接，所述第二换流单元与所述第二换流变压器电连接，所述第二换流变压器与所述交流发电输电配电单元电连接。

在上述实施例中，所述第一换流变压器提供所述点对网模块与所述背靠背模块之间的第一分网接口；所述第二换流变压器提供所述交流模块与所述背靠背模块之间的第二分网接口；也就是说，点对网模块、背靠背模块和交流模块三者之间通过第一换流变压器和第二换流变压器进行数据交互，其中所述第一换流变压器和所述第二换流变压器均为机电暂态仿真和/或电磁暂态仿真的数据接口。

在本实用新型一优选的实施例中，所述点对网模块中的所述大容量发电机通过机组的轴系模型建模，采用机电暂态仿真的方法进行仿真分析；所述背靠背模块中的所述第一换流单元和所述第二换流单元通过阀组模型建模，采用电磁暂态仿真的方法进行仿真分析；所述交流模块中的所述交流发电输电配电单元通过等值的方法建模，采用机电暂态仿真的方法进行分析；其中机组轴系模型建模将机组轴系等效为几个以弹性系数相连接的质量块,并以此进行仿真分析；而阀组模型建模则将阀组等效为电阻开关模型并联阻尼回路，等值方法建模为将交流发电输电配电单元等效为理想电压源串联阻抗的模型；鉴于三者可通过现有技术实现，为此，本实用新型在此并不做详细介绍。

以此，通过将点对网高压交直流背靠背混合电网分解为点对网模块、背靠背模块和交流模块的分网方法，以及在点对网模块中使用机组的轴系模型对大容量发电机进行建模，使用机电暂态仿真的方法进行分析；在背靠背模块中使用阀组模型对换流系统进行建模，使用电磁暂态仿真的方法进行分析；在交流模块中使用等值的方法对交流输配电单元进行建模，使用机电暂态仿真的方法进行分析来有效模拟实际工作中点对网高压交直流背靠背混合电网并进行准确的仿真测试。

在本实用新型一优选的实施例中，所述第一换流变压器和所述第二换流变压器还分别包含比对单元，所述比对单元用于分别采集点对网模块和交流模块进行机电暂态仿真分析的机电暂态步长与背靠背模块进行电磁暂态仿真分析的电磁暂态步长，并比较所述机电暂态步长和所述电磁暂态步长生成比较结果；以此，后期仿真测试时可根据该比较结果选择合适的数据交换时机，有效提高仿真数据的准确性和后期分析的可靠性。

在本实用新型一优选的实施例中，所述仿真系统还包含扰动检测单元，所述扰动检测单元用于在电磁暂态仿真步长开始之前检测扰动发生位置。其中，所述扰动过程具体包含：首先在仿真系统上搭建扰动的模型，然后当扰动检测单元检测到扰动模型时，在仿真系统上设置扰动模型的时序，最后开始仿真，扰动在仿真开始前被扰动检测单元所检测到其发生位置。

请参考图3和图4所示，本实用新型针对上述点对网高压交直流背靠背仿真系统还提供一种点对网高压交直流背靠背仿真方法，所述仿真方法包含：步骤一、分别对点对网模块和交流模块进行机电暂态仿真分析，对背靠背模块进行电磁暂态仿真分析；步骤二、通过第一换流变压器提供大容量发电机的电压电流输出数据与背靠背模块的数据交互；通过第二换流变压器提供交流发电输电配电单元的电压电流输出数据与背靠背模块的数据交互；步骤三、对所述背靠背模块进行电磁暂态仿真并监控电磁暂态仿真的步长累积长度，当所述步长累积长度加上下一个电磁暂态仿真的步长大于机电暂态仿真的步长时，第一换流变压器与第一换流单元进行数据交互，第二换流变压器与第二换流单元进行数据交互。

在上述实施例中，所述仿真还包含：检测扰动位置；当扰动将发生在背靠背模块的下一个电磁暂态仿真步长中时，则于所述步骤三中进行扰动的电磁暂态仿真后，在进行所述步骤二中的机电暂态仿真；当扰动将发生在点对网模块或交流模块的下一个机电暂态仿真步长中时，则于所述步骤三中进行电磁暂态仿真，并于扰动时刻在步骤二中进行机电暂态仿真。具体的，则是当扰动将发生在背靠背模块的下一个电磁暂态仿真步长中时，则于所述背靠背模块的所述下一个电磁暂态仿真步长中进行扰动仿真分析后，再在所述点对网模块和所述交流模块中进行机电暂态仿真分析；当扰动将发生在点对网模块或交流模块的下一个机电暂态仿真步长中时，则在所述背对背模块上进行电磁暂态仿真分析，并在扰动时刻于所述点对网模块和所述交流模块中进行机电暂态仿真分析。

为更清楚的说明本实用新型所提供点对网高压交直流背靠背仿真方法，以下结合图2和图3，以实际工作中为例，对上述仿真方法做整体流程说明：

实际工作中，首先进行步骤一、在点对网模块中，使用机组轴系模型对大容量发电机进行机电暂态仿真；在点对网模块中，使用阀组模型对换流单元A、换流单元B进行电磁暂态仿真；对交流模块进行机电暂态仿真；

然后，进行步骤二、统计点对网模块、背对背模块和交流模块三者的仿真步长，具体的为在点对网模块和交流模块的每个机电暂态仿真步长上，在分网接口A处，大容量发电机的电压电流输出与换流变压器A进行数据交换；在分网接口B处，交流系统的电压电流输出与换流变压器B进行数据交换。

接着进行步骤三、在背靠背模块中进行小步长的电磁暂态仿真，并进行步长累积长度的计算，如果没有达到单位机电暂态仿真的步长，则继续进行仿真，如果即将到来的下一个小步长与现已统计的累积长度之和将超过机电暂态仿真的步长，则该背靠背模块在分网接口A和分网接口B处与换流变压器A和换流变压器B的电压电流数据进行数据交换。

最后在下一个仿真步长开始前，检测扰动。如果扰动将在下一个电磁暂态仿真步长发生在背靠背系统中，则下一个仿真步长中在步骤三进行扰动的仿真，再进行步骤二中的仿真；如果扰动将在下一个机电暂态仿真步长发生在点对网系统或交流系统中，则在步骤三中进行正常仿真，并在扰动时刻进行步骤二中的仿真。

本实用新型的有益技术效果在于：使用换流变压器作为机电暂态模型和电磁暂态模型分网接口的方法与使用交流母线作为数据交换界面的方法不同，使用变压器的两侧作为机电暂态模型与电磁暂态模型的分网接口，利用变压器内磁通不能突变的特性，缩小机电暂态大步长仿真和电磁暂态多个小步长仿真之间的数据差异，有利于分网接口处的数据交换。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。