本发明涉及直流输电技术领域，特别是涉及一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法及装置。
背景技术：
在供电领域中，输电网络是实现电力输送的基础。随着科技发展，输送电力的技术也在跟随进步，已经应用于输电网络中的新输电技术，有如当下关注度较高的输电技术之一的柔性直流输电技术。柔性直流输电电网中，换流器是一个重要组成部分。以柔性直流输电换流器为例，通常柔性直流输电电网在实际应用中，具有较高的可靠性技术要求，以确保直流线路故障快速清除和快速重启，达到这一技术要求需要使柔性直流输电换流器的特性满足一定的技术条件。要达到这一定的技术条件，主要是对柔性直流输电换流器主回路进行参数设计。为了精准地进行参数设计，需要获得柔性直流输电换流器的电气参数。然而要获得这些电气参数，需要通过建立一个对应的且符合自然规律的分析模型才可获得。
传统的柔性直流输电换流器电气参数都是在非过调制工作状态下的分析模型获得的，而当换流器处在过调制工作状态中工作时，利用非过调制工作状态下的分析模型获得的柔性直流输电换流器电气参数将不再适用，相应的，基于所得柔性直流输电换流器电气参数的柔性直流输电换流器主回路参数设计将会不精确。也就是说，传统的分析模型已无法准确获取主回路的电气参数，从而无法保障柔性直流输电换流器主回路在过调制状态可靠运行。
技术实现要素：
基于此，有必要针对过调制工作状态下，柔性直流输电换流器主回路参数无法准确获取的技术问题，提供一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法以及一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取装置。
一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法，包括步骤：
获取柔性直流输电换流器主回路结构参数以及所述主回路中输入交流母线的目标电气参数；其中，所述结构参数包括所述柔性直流输电换流器联接变压器的变比、视在容量、短路阻抗、桥臂电抗器电感值、每一桥臂功率模块数量、功率模块额定运行电压、功率模块电容容值和工频角频率，所述主回路中输入交流母线的目标电气参数包括线电压有效值、直流电压、直流电流、有功功率和感性无功功率；
根据所述结构参数和主回路中输入交流母线的目标电气参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比；
根据所述第一幅值和第一相位，以及所述直流调制比与交流调制比，得到所述柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位；
根据所述第一幅值和第一相位、所述第二幅值和第二相位，得到所述柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取装置，包括：
第一获取模块，用于获取柔性直流输电换流器主回路结构参数以及所述主回路中输入交流母线的目标电气参数；其中，所述结构参数包括所述柔性直流输电换流器联接变压器的变比、视在容量、短路阻抗、桥臂电抗器电感值、每一桥臂功率模块数量、功率模块额定运行电压、功率模块电容容值和工频角频率，所述主回路中输入交流母线的目标电气参数包括线电压有效值、直流电压、直流电流、有功功率和感性无功功率；
第一处理模块，用于根据所述结构参数和主回路中输入交流母线的目标电气参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比；
第二处理模块，用于根据所述第一幅值和第一相位，以及所述直流调制比与交流调制比，得到所述柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位；
第三处理模块，用于根据所述第一幅值和第一相位、所述第二幅值和第二相位，得到所述柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有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所述柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法的步骤。
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，计算机程序被处理器执行时所述柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法的步骤。
通过上述柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法，根据柔性直流输电换流器在过调制工作状态下的交流输出基波电压的第一幅值和第一相位，直流调制比和交流调制比，获得的柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相角，纹波电压和纹波电流，解决了由传统分析模型得到的柔性直流输电换流器主回路电气量无法用于柔性直流输电换流器主回路在过调制状态下的参数准确设计问题，到达了准确获取过调制状态下主回路的电气参数的效果，从而使保障柔性直流输电换流器主回路在过调制状态的可靠运行得以实现。
附图说明
图1为本发明一个实施例的电气参数获取方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的电气参数获取方法的整体流程图；
图3为本发明一个实施例的电气参数获取装置的模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法的具体实施方式作详细的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
随着科技发展，输送电力的技术也在随之发张，高压输电和特高压输电的技术已经实现，应用于输电网络中的新输电技术，例如柔性直流输电技术(hvdc)。柔性直流输电电网中，换流器是一个重要电网结构组成部分。以柔性直流输电换流器特别是电压源换流器为例，通常柔性直流输电电网在实际应用中，具有较高的可靠性技术要求，以确保直流输电线路系统具备快速清除故障和快速重启的能力，从而提升稳定高效输电的技术可靠性。
达到前述的技术要求需要使柔性直流输电换流器主回路的特性满足特定的技术条件。而这些特定的技术条件在不同的外部环境和直流线路系统的输入情况中都是不同的，而且还受直流输电线路系统中柔性直流输电换流器实际的工作状态的限制。要满足前述的特定技术条件，主要的工作就是对柔性直流输电换流器主回路进行参数设计(或换流器设备选型)。为了精准地进行参数设计，需要准确获得相应工作状态下柔性直流输电换流器的电气参数。然而要得到这些电气参数，需要通过建立一个与柔性直流输电换流器实际工作环境相对应的且符合自然规律的分析模型来获得。
传统的柔性直流输电换流器电气参数，都是在非过调制工作状态下建立的分析模型获得的，其中，所述的非过调制工作状态是指过调制工作状态以外的其他所有工作状态；而当换流器处在过调制工作状态下工作时，利用非过调制工作状态下的分析模型获得的柔性直流输电换流器电气参数将不再适用，直接用于柔性直流输电换流器主回路特性分析将会得到不准确的分析结果，基于此进行的参数设计也将是不准确的；进一步来说，根据失准的参数进行设备选型或者主回路运行状态监控将出现错误或者导致事故。
基于上述问题，本发明下面的实施例中将提供一种柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法，适用于过调制工作状态下的柔性直流输电换流器主回路电气参数的自动计算获取，以便对过调制工作状态下的柔性直流输电换流器主回路的参数进行准确设计(或换流器设备准确选型)，以避免主回路工作在过调制状态时发生设备故障。
请参阅图1，以电压源换流器为例，柔性直流输电换流器主回路中包括交流母线，本发明的一个实施例中的柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法，包括步骤：
s120，获取柔性直流输电换流器主回路结构参数以及主回路中输入交流母线的目标电气参数；其中，结构参数包括柔性直流输电换流器联接变压器的变比、视在容量、短路阻抗、桥臂电抗器电感值、每一桥臂功率模块数量、功率模块额定运行电压、功率模块电容容值和工频角频率。主回路中输入交流母线的目标电气参数包括线电压有效值、直流电压、直流电流、有功功率和感性无功功率。
其中，柔性直流输电换流器可以是电压源换流器，而且，柔性直流输电换流器具体分为整流器和逆变器两种，两者设备相同控制不同，任意一种都可以适用本发明实施例中提供的参数获取方法。本说明书中所说的柔性直流输电可以是两端或多段柔性直流输电，也可以是模块化电平柔性直流输电。
可以理解，主回路中输入交流母线的目标电气参数可以是在直流输电时，基于实际的供电场景预先设定好的工程电气量。相应的，结构参数可以是指柔性直流输电中换流器本身的一些由自身结构确定的参数，例如可是换流器联接变压器的变比、视在容量、短路阻抗、桥臂电抗器电感值、每一桥臂功率模块数量、功率模块额定运行电压、功率模块电容容值和工频角频率。
具体的，计算设备可以通过直接扫描或者通过与柔性直流输电网系统、换流器电连接、数据连接等直接读取来得到上述的主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数，从而为后续的参数计算和结果输出做准备。
s140，根据结构参数以及主回路中输入交流母线的目标电气参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比。
其中，过调制是指调制信号的某些峰值超过所考虑的系统或设备的最大允许值的状态，这里所说的峰值可以是电压的最大幅值、电流的最大幅值，也可以是电压的最小幅值、电流的最小幅值；所说的系统可以是柔性直流输电线路系统，所说的设备可以是柔性直流输电换流器本身，也可以是柔性直流输电换流器内部的各组成部分。
具体的，在计算设备获得参数计算所需要的上述各主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数后，可以首先计算得到柔性直流输电换流器在过调制工作状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位。与此同时计算出直流调制比与交流调制比。如此一来，计算设备即可以为执行下一阶段的计算过程做好准备。
s160，根据柔性直流输电换流器在过调制工作状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及已计算得到的直流调制比与交流调制比，得到柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位。
可以理解，此步骤中，计算设备利用前述计算得到的第一幅值、第一相位、直流调制比和交流调制比，经过存储在计算设备内部的数学分析模型自动计算得到柔性直流输电换流器的其中两个主要参数，即柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位。需要注意的是，之所以使用第一幅值、第一相位、第二幅值和第二相位这样的技术术语，主要是为了区分不同的幅值量和相位量，而不是代表在实际应用中相应的幅值和相位名称。
s180，根据第一幅值和第一相位、第二幅值和第二相位，得到柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
其中，柔性直流输电换流器桥臂可以包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂中均可以包含有各自的功率模块而且该功率模块可以不少于一个，选择不同型号的换流器相应的会有不同数量的桥臂功率模块。相应的，所谓纹波电压可以包含与上桥臂和下桥臂相对应的上桥臂功率模块的纹波电压、下桥臂功率模块的纹波电压。所谓的纹波电流也可以包含有上桥臂功率模块的纹波电流和下桥臂功率模块的纹波电流。通过该步骤可以得到准确的柔性直流输电换流器上、下桥臂功率模块的纹波电压、通过该步骤可以得到准确的柔性直流输电换流器上、下桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
可以理解，根据前述步骤中所得到的柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位、上桥臂功率模块的的纹波电压和纹波电流、下桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流，由于是在过调制工作状态下相应的量计算获得的，从而得到的是过调制工作状态下的柔性直流输电换流器主回路电气参数。
基于前述的电气参数，可以对过调制应用场景中的柔性直流输电换流器主回路进行准确的电气参数设计，从而在柔性直流输电工程中选择适用的换流器或其他设备；也可以基于前述所得的电气参数，对柔性直流输电换流器主回路进行参数校核，以便使直流输电线路系统具备快速清除故障和快速重启的能力，从而保障主回路在直流输电系统中稳定高效的技术可靠性。
为了描述的具体、清楚、方便，对于前述出现的第一幅值、第一相位、第二幅值和第二相位将在下面的说明书内容中直接使用具体定语限定的概念进行描述，例如第一幅值与柔性直流输电换流器交流输出基波电流的幅值是等效的，第一相位与性直流输电换流器交流输出基波电流的相位是等效的，第二幅值与柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的幅值是等效的，第二相位与柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的相位是等效的。
在一个实施例中，对于步骤s140，柔性直流输电换流器交流输出基波电流的幅值可以由下面的公式计算得到：
其中，i1表示柔性直流输电换流器交流输出基波电流的幅值，p表示柔性直流注入交流母线的有功功率，q表示柔性直流注入交流母线的感性无功功率，us表示输入交流母线的线电压有效值。柔性直流输电换流器交流输出基波电流的相位可以由下面的公式计算得到：
其中，
在利用上面的模型计算柔性直流输电换流器交流输出基波电流的相位时，当柔性直流注入交流母线的有功功率p大于0或小于0时，计算设备自动选择对应的计算柔性直流输电换流器交流输出基波电流的相位
在一个可选的实施例中，对于步骤s140中的直流调制比可以由下面的公式计算得到：
其中，mdc表示柔性直流输电换流器的直流调制比，udc表示输入交流母线的直流电压，n表示柔性直流输电换流器每一桥臂功率模块数量，usm表示功率模块额定运行电压。需要注意的是，在本实施例中给出的公式仅仅只是一个可选的数学分析模型，而不是唯一形式，根据实际应用场景，技术人员可以运用其他的计算公式计算所述的直流调制比，或对该分析模型进行相应的变形和参量替换，例如加入修正系数。只要能够准确获得过调制工作状态下相应的柔性直流输电换流器直流调制比即可。当然所用参量字母也只是一个举例而不是唯一指定的代号。
通过上述的数学分析模型获得的柔性直流输电换流器直流调制比，可以应用于柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的幅值和相位计算，以及应用于本发明的获取方法中的其他电参数的计算中，进一步确保分析结果的准确性。
在又一个可选的实施例中，对于步骤s140中的交流调制比可以由下面的公式计算得到：
其中，mac表示柔性直流输电换流器的交流调制比，e表示柔性直流输电换流器内部输出电压的幅值，n表示柔性直流输电换流器每一桥臂功率模块数量，usm表示功率模块额定运行电压。仍然需要注意的是，在本实施例中给出的公式仅仅只是一个可选的计算公式，而不是唯一形式，根据实际应用场景，技术人员可以运用其他的计算公式计算所述的交流调制比，或对该计算公式进行相应的变形和参量替换，例如加入修正系数。只要能够准确获得过调制工作状态下相应的柔性直流输电换流器交流调制比即可。当然所用参量字母也只是一个举例而不是唯一指定的代号。
对于步骤s160，进一步的实施例中，柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的幅值可以由下面的公式计算得到：
其中，i2表示柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的幅值，ls表示桥臂电抗器电感值，mdc表示直流调制比，mac表示交流调制，n表示换流器每一桥臂功率模块数量，idc表示输入交流母线的直流电流，c表示功率模块电容容值，idc表示输入交流母线的直流电流，ω0表示功率模块的工频角频率。当然所用参量字母也只是一个举例而不是唯一指定的代号。
柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的相位可以由下面的公式计算得到：
其中，
其中，i1表示第一幅值，
可以理解，中间量a、b的设置是表示了概括和简化该模型的表达，以方便理解是使用。当中间量b大于0或小于0时，分别对应有两条计算柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的相位
在过调制工作状态下，由通过上述的分析模型分别计算获取的柔性直流输电换流器交流输出基波电流的幅值i1、柔性直流输电换流器交流输出基波电流的相位
在另一个实施例中，对于步骤s180，柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压可以通过下面的公式计算得到：
其中，δup_sm表示柔性直流输电换流器上桥臂功率模块的纹波电压，δun_sm表示柔性直流输电换流器下桥臂功率模块的纹波电压。所谓的功率模块表示上桥臂或下桥臂上的每一个功率模，在一些场景中，也可以将每一个功率模块合并成一个功率模块来进行相应的纹波电压表述，只要能够更方便理解和计算处理即可。表示了描述方便和优化计算效果，中间量uc1、uc2和uc3通过下式计算得到：
其中，re()表示取该计算公其中复数的实部作表示各中间量的值，i1表示所述第一幅值，
相应的，技术人员可以根据实际的计算需要，将上述的计算公式进行适当的变形和变量替换，例如加入修正系数，以便更好地实现计算效率的提高和柔性直流输电换流器过调制工作状态下上述电气参数的准确计算。
在过调制工作状态下，利用通过上述的分析模型分别计算获取的柔性直流输电换流器交流输出基波电流的幅值i1、柔性直流输电换流器交流输出基波电流的相位
在另一个实施例中，对于步骤s180，柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电流可以通过下面的公式计算得到：
其中，δip_sm表示柔性直流输电换流器上桥臂功率模块的纹波电流，δin_sm表示柔性直流输电换流器下桥臂功率模块的纹波电流，中间量ic1、ic2和ic3可以根据以下公式计算得到：
其中，i1表示所述第一幅值，
相应的，技术人员也可以根据实际的计算需要，将上述的计算公式进行适当的变形和变量替换，例如加入修正系数，以便实现计算效率的提高和过调制下的准确计算。
在过调制工作状态下，利用通过上述的分析模型分别计算获取的换流器交流输出基波电流的幅值i1、换流器交流输出基波电流的相位
可选的，本发明实施例的参数获取方法中所说的参数可以是指柔性直流输电换流器内部二次环流的幅值和相位，柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流中的至少一个参数，例如是指柔性直流输电换流器内部二次环流的幅值和相位，柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流；也可以是基于前述的柔性直流输电换流器内部二次环流的幅值和相位，柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流三者分析后，计算设备自动生成的可以用于实际柔性直流输电中换流器的其他参数，应用该其他参数的柔性直流输电换流器主回路在高压或特高压输入电网中可以大幅提高运行可靠性。
在一个整体的实施例中，请参阅图2，本发明的柔性直流输电换流器主回路电气参数获取方法，还可以包括步骤：
s110，根据以下公式获取柔性直流输电换流器内部输出电压的幅值：
其中，e表示柔性直流输电换流器内部输出电压的幅值，x表示柔性直流输电换流器交流侧等效连接阻抗，q表示柔性直流注入交流母线的感性无功功率，p表示柔性直流注入交流母线的有功功率，us表示输入交流母线的线电压有效值，k表示交流母线联接变压器的变比，uk％表示交流母线联接变压器的短路阻抗，st表示交流母线联接变压器的视在容量，ω0表示功率模块的工频角频率，ls表示桥臂电抗器电感值。
通过上述的计算模型，实现基于输入该柔性直流输电换流器主回路的主回路中输入交流母线的目标电气参数和柔性直流输电换流器主回路本身的结构参数，获得计算上述柔性直流输电换流器主回路电气参数所需的过渡参量，即柔性直流输电换流器内部输出电压的幅值e、柔性直流输电换流器交流侧等效连接阻抗x，例如，根据该模型获得的柔性直流输电换流器内部输出电压的幅值e可以方便交流调制比mac的计算。
s115，根据以下公式获取换流器内部输出感性无功功率：
其中，qc表示柔性直流输电换流器内部输出感性无功功率，q表示柔性直流注入交流母线的感性无功功率，x表示柔性直流输电换流器交流侧等效连接阻抗，p表示柔性直流注入交流母线的有功功率，us表示输入交流母线的线电压有效值，k表示交流母线联接变压器的变比。通过上述的计算模型，获得计算上述换流器交流输出基波电流的相角
在一个实施例中，上述的所有计算都是在计算设备上自动进行的，例如，预先将上述的所有分析模型通过编码做成一个参数设计系统放在计算设备上，计算设备可以通过直接扫描或者通过与柔性直流输电网系统、换流器电连接、数据连接等直接读取来得到上述的主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数，进而可以根据输入的已知量自动进行参数的计算，实现柔性直流输电主回路参数的自动获取。计算设备可以是大型监控设备、专用或普通电脑、甚至是平板电脑，也可以是一些为输电系统专门设计的电气测量设备。在应用时，例如当监测到柔性直流输电换流器工作在过调制状态时，该计算设备则自动被触发启用，对柔性直流输电换流器主回路进行参数核校，以实时确保主回路可靠运行。
请参阅图3，在一个实施例中，本发明的柔性直流输电换流器主回路电气参数获取装置，包括第一获取模块10、第一处理模块11、第二处理模块12和第三处理模块13。
第一获取模块10，用于获取柔性直流输电换流器主回路的主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数。
第一处理模块11，用于根据所述主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比。
第二处理模块12，用于根据所述第一幅值和第一相位，以及所述直流调制比与交流调制比，得到所述柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位。
第三处理模块13，用于根据所述第一幅值和第一相位、所述第二幅值和第二相位，得到所述柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行存储器上的计算机程序时，执行如下步骤：获取柔性直流输电换流器主回路的主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数；根据主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比；根据第一幅值和第一相位，以及所述直流调制比与交流调制比，得到柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位；根据第一幅值和第一相位、第二幅值和第二相位，得到柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
在另一个实施例中，处理器执行存储器上的计算机程序时，还可以执行前述各实施例中的处理步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行如下步骤：获取柔性直流输电换流器主回路的主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数；根据主回路中输入交流母线的目标电气参数和结构参数，得到柔性直流输电换流器在过调制状态下的交流输出基波电流的第一幅值和第一相位，以及直流调制比与交流调制比；根据第一幅值和第一相位，以及所述直流调制比与交流调制比，得到柔性直流输电换流器内部二次谐波环流的第二幅值和第二相位；根据第一幅值和第一相位、第二幅值和第二相位，得到柔性直流输电换流器桥臂功率模块的纹波电压和纹波电流。
在另一个实施例中，前段所述计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行前述各实施例中的处理步骤。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。