一种用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法

1.本发明属于多端直流系统的稳定性领域，具体涉及一种用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法。


背景技术：

2.多端直流系统其灵活的运行方式和较好的经济性，在电力系统中的运用越来越广泛。但是多端直流系统端口数量的增加，会加剧多端直流系统的失稳风险，如何有效计算多端直流系统的振荡模式，成为当前研究的重点。多端直流系统模式计算的全阶数与接入vsc的数量成比例增加，造成多端直流系统稳定性分析的困难，限制其发展规模。现有的技术往往忽略vsc之间的差异性，从而产生较大误差，难以运用在实际工程之中。


技术实现要素：

3.本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法。
4.为了解决技术问题，本发明的技术方案是：
5.一种用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法，所述方法包括：
6.获取原始vsc和直流负荷；
7.对原始vsc和直流负荷进行建模，分别得到第一vsc传递函数模型和直流负荷传递函数模型；
8.将所述第一vsc传递函数模型和直流负荷传递函数模型连接处理，得到多端直流系统动态的传递函数模型；
9.选择预设的基准vsc，计算原始vsc中剩余vsc与基准vsc的差异性结果；
10.根据所述差异性结果，构建第二vsc的传递函数模型；
11.基于第二vsc的传递函数模型与多端直流系统动态的传递函数模型，构建多端直流系统动态重构的传递函数模型；
12.基于多端直流系统动态重构的传递函数模型，计算动态重构后的直流网络模模式，即可计算动态重构多端直流系统的振荡模式。
13.进一步，所述构建第二vsc的传递函数模型，具体包括：
14.基于所述差异性结果，将无差异性的部分组成动态重构vsc；
15.基于所述差异性结果，将差异性的部分归算到直流输电网络中，组成动态重构直流网络；
16.根据所述动态重构vsc和动态重构直流网络，构建第二vsc的传递函数模型。
17.进一步，根据多端直流系统的振荡频率，得到动态重构后的直流网络模型；把动态重构后的直流网络模型输入到多端直流系统动态重构的传递函数模型中，即可得到动态重构多端直流系统的振荡模式。
18.进一步，通过直流输电网络，将所述第一vsc传递函数模型和直流负荷传递函数模
型连接处理，得到多端直流系统动态的传递函数模型。
19.进一步，所述原始vsc中包括：vsc直流侧的直流电容、直流电压直流电容上的流入电流和流出电流，vsc交流测的滤波电抗、输出端口电压和d轴、q轴上的电流，vsc与交流系统耦合节点的电压。
20.进一步，所述直流负荷中包括：直流侧滤波电容和直流电压，直流电容上的流入和流出电流，直流侧滤波电感。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：
22.通过动态重构方法降低多端直流系统稳定性分析阶数，从而大大提高了其振荡模式计算的效率，并且此方法考虑了现实环境中vsc之间动态特性和控制参数的不同，可以运用在实际工程中。
23.1.所有vsc都被动态重构，基准vsc的选取可以是任意的，选择基准vsc变得简单，节省时间，提高计算精度。
24.2.运用动态重构方法，考虑vsc动态特性和控制参数的不同，此方法计算的振荡模式和真实环境的误差较小，可以运用在实际工程中。
附图说明
25.图1为多端直流系统结构图；
26.图2为vsc下垂控制结构图；
27.图3为直流负荷控制模型结构图；
28.图4为vsc动态重构结构图；
29.图5为多端直流系统动态重构图；
30.图6为三端直流系统结构图。
具体实施方式
31.下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
32.需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
33.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
34.实施例1
35.本发明提供了一种用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法：
36.对vsc、直流负荷进行建模，分别得到两者的传递函数模型；
37.通过直流输电网络将vsc、直流负荷连接，从而形成多端直流系统动态传递函数模型；
38.选择基准vsc，计算剩余vsc与基准vsc的差异性，将无差异性的部分组成动态重构vsc，将差异性的部分归算到直流网络中，组成动态重构直流网络，由此形成动态重构多端
直流系统；
39.计算动态重构直流网络的特征值，便可计算多端直流系统动态重构后的振荡模式。
40.通过动态重构方法降低多端直流系统稳定性分析阶数，从而大大提高了振荡模式计算的效率。
41.本发明的具体方法如下：
42.缩略语和关键术语定义：
43.vsc(voltage source converter):电压源型换流器；
44.fft(fast fourier transform)：快速傅立叶变换；
45.1多端直流系统
46.1.1多端直流系统简介
47.图1为n个vsc和m个直流负荷接入多端直流系统，其中n个vsc的另一端接入到n个交流系统中，由于外部交流系统容量远大于此系统容量，于是可将外部交流系统当作无穷大系统。由此将多端直流系统分成三部分：vsc、直流负荷和直流网络。vsc中，ck、为vsc直流侧直流电容和直流电压，为直流电容上的流入和流出电流，xk为vs交流测滤波电抗，为vsc交流侧d轴和q轴上的电流，为vsc与交流系统耦合节点的电压，为vsc交流测输出端口电压；直流负荷中，ck、为直流侧滤波电容和直流电压，为直流电容上的流入和流出电流，lk为直流侧滤波电感；直流网络将vsc与直流负荷连接，形成多端直流系统。
48.1.2 vsc传递函数模型
49.此系统中，vsc采取下垂控制，如图2所示，其中上标
‘
ref’为控制变量的参考值；pk为vsc输出交流功率；为的d轴分量；k
dk
、k
dk
为直流电压和功率各自放大倍数；k
pk
、k
ik
为外环控制的比例系数和积分系数；指的是内环的比例系数和积分系数。
50.假定在vsc下垂控制中，控制在d轴上，此时有：
[0051][0052]
直流电容上的动态方程为：
[0053][0054]
同时，d轴上的交流电流的动态方程为：
[0055][0056]
根据图2中vsc内环的控制，
[0057][0058]
将式(4)带入到式(3)中，有
[0059][0060]
式(5)中：
[0061]
同理，vsc外环控制，
[0062][0063]
结合式(1)、式(2)、式(5)和式(6)，vsc的传递函数为：
[0064][0065]
式(7)中，
[0066][0067][0068][0069]
1.3直流负荷传递函数模型
[0070]
根据图3中直流负荷直流侧的动态方程，有，
[0071][0072]
式(8)中，p
lj
为直流负荷功率。根据直流负荷的控制策略，为了精确控制输出功率，直流负荷采取恒功率控制，有δp
lj
＝0，由式(8)可得直流负荷的传递函数模型为：
[0073][0074]
1.4多端直流系统的传递函数模型
[0075]
由图1中直流网络可知，其导纳矩阵y
net
的动态方程为：
[0076][0077]
式(10)中，式(10)中，
[0078]
为直流网络节点的直流电压向量。
[0079]
根据式(9)可知，m个直流负荷的传递函数为：
[0080][0081]
式(11)中，
[0082]
将式(11)带入式(10)中，有
[0083][0084]
化简式(12)，得到vsc电压与电流的关系为：
[0085]
[0086]
式(13)中，
[0087]
将式(13)带入式(7)中，多端直流传递函数模型为：
[0088]
yd(s)fd(s)+e＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0089]
式(14)中，0、e为零矩阵和单位矩阵；
[0090]
由式(14)可知，单个vsc的阶数为h阶，直流网络的阶数为t阶，整个多端直流系统的阶数为nh+t。
[0091]
2多端直流系统动态重构模型
[0092]
由式(14)可知，当vsc数量增加时，多端直流系统的阶数也会成倍增加，会大大增加计算的时间和难度，此时需要降低系统阶数。
[0093]
假定第一台vsc参数为基准值，由此规定式(7)的基准值为：
[0094][0095]
其余vsc相互独立，与基准vsc的差异为：
[0096][0097]
根据式(16)，得到第k台vsc的传递函数模型，如图4所示，
[0098][0099]
式(17)中，
[0100]
将式(17)中的r
e0
(s)的动态传递函数组成重构vsc，并且将δr
e1,k
(s)、δr
e2,k
(s)归算到重构直流网络中，如图5所示。其中为直流网络中的电压节点。由此得到多端直流系统动态重构的传递函数模型为：
[0101][0102]
式(18)中，
[0103]
δy
e2
(s)、δy
e3
(s)和δy
e4
(s)是n个vsc的δr
e2,k
(s)-1
与直流网络交互形成的。与
式(13)相似，式(18)可简化为：
[0104][0105]
式(19)中，
[0106]
综合式(17)、式(19)，多端直流系统的传递函数的动态重构模型为：
[0107]
ye(s)fe(s)+e＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0108]
式(20)中，
[0109]
3多端直流系统动态重构的计算方法
[0110]
根据多端直流系统振荡频率ωd，计算动态重构后的直流网络模型有：
[0111][0112]
将式(21)带入式(20)中，动态重构的多端直流系统振荡模式计算为：
[0113]re0
(s)[ρ
rk
+ρ
mk
s]+1＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0114]
式(22)中，ρ
rk
＝re[ρk]，ρ
mk
＝im[ρk]/ωd。由式(22)可知，用动态重构的方法，多端直流系统振荡模式计算的阶数变为h+t，大大减少了计算的时间。将式(7)的基准传递函数代入式(22)中，动态重构的多端直流系统振荡模式计算展开为：
[0115]
[z
1,0
(s)ρ
mk
+g
1,0
(s)]s2)+[z
2,0
(s)ρ
mk
+z
1,0
(s)ρ
rk
+g
2,0
(s)]s+z
2,0
(s)ρ
rk
+g
3,0
(s)＝0；(23)
[0116]
实施例2：
[0117]
本发明带来的收益：
[0118]
根据图6为两台vsc与一个直流负荷，验证用于多端直流系统的动态重构方法，计算其振荡模式的正确性，vsc采取下垂控制，直流负荷采取恒功率控制，两者模型前文亦有介绍，其传递函数按式(7)计算为：
[0119][0120]
直流网络的导纳矩阵为：
[0121][0122]
式(25)中，z1＝0.06677s+0.03562，z2＝0.178s+0.095
[0123]
以第一台vsc为基准vsc，有：
[0124][0125]
利用式(17)、式(24)、式(27)计算其余vsc的差异化为：
[0126][0127]
根据式(25)、式(27)，利用fft计算多端直流系统振荡模式频率为：53.6rad/s，重构后的直流网络导纳矩阵为：
[0128][0129]
式(28)计算的特征值为-0.5937+j0.1167，由此带入式(22)为：
[0130]
7.4298s2+0.1038s+0.1597＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)
[0131]
根据式(29)计算的的振荡模式为:-2.63+j55.2，而由多端直流系统的全阶模型计算的振荡模式为：-2.15+j53.76。其误差为：
[0132][0133]
由式(22)计算的多端直流系统振荡模式的误差在可接受范围之内，表明本发明提出的用于多端直流系统振荡模式快速计算的动态重构方法的正确性，其可快速判断实际多端直流工程的振荡模式，大大提高系统的稳定性；
[0134]
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
[0135]
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。