一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法与流程

1.本发明涉及直流输电中的换流站技术领域，尤其涉及一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法。


背景技术：

2.随着电能需求的不断增大，鉴于能源点与负荷地分布不均衡的问题，直流输电应势成为当下电力发展的焦点。直流输电工程投建之前需要对一次系统和二次系统进行建模实时仿真测试验证，以保证工程的安全建设稳定运行。换流变压器作为直流输电中连接交流系统与直流系统的至关重要的设备之一，由于其分接头数量多而一度成为实时仿真的难题，因此研究适用于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真的建模方法很有必要。换流变压器通常带有数量较多的分接头，在换流变压器实时仿真建模中，切换分接头开关器件时会导致系统的拓扑结构发生改变，仿真解算器需要实时更新计算系统的节点导纳矩阵，随之给硬件带来计算量大和储存量大的挑战。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明提供了一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，能够解决换流变压器的开关数量多给仿真机带来的实时化处理困难的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，包括：
7.忽略变压器励磁支路，根据三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系使用受控电压源和受控电流源实现换流变压器的升降压；
8.确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根据所述的调压范围与分接头数确定变压器的变比范围；
9.对中、低压侧受控电压信号加一个步长的延时，分别在中、低压侧对经过增益和延时后的电压进行补偿。
10.作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系表达式为：
[0011][0012]
其中，u1(t)为高压侧电压瞬时值，u2(t)为中压侧电压瞬时值，u3(t)为低压侧电压
瞬时值，i1(t)为高压侧电流瞬时值，i2(t)为中压侧电流瞬时值，i3(t)为低压侧电流瞬时值，k
12
为中压侧对高压侧的变比，k
13
为低压侧对高压侧的变比。
[0013]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述实现换流变压器的升降压包括，使用受控电压源和受控电流源分别经过增益作用实现换流变压器的升降压功能；
[0014]
所述增益表示变压器的变比。
[0015]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述受控电压源和受控电流源包括，高压侧使用受控电流源，中、低压侧使用受控电压源。
[0016]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述实现换流变压器的升降压功能包括，获取高压侧的电压作为中、低压侧受控电压源的受控信号，获取中、低压侧的电流作为高压侧受控电流源的受控信号。
[0017]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述调压范围与分接头数包括，换流变压器的分接头每上调或下调一次，变压器变比发生改变，所述增益作用中的增益值也随之改变。
[0018]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述变比范围包括，确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根据所述的调压范围与分接头数确定变压器的变比范围，并把所述变比范围作为所述增益作用中的增益k
12
、k
13
。
[0019]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述增益k
12
、k
13
，分别是中、低压侧电压相对于高压侧电压的变比，获取的电压、电流信号均为相值。
[0020]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述增益k
12
、k
13
的表达式为：
[0021][0022][0023]
其中，为高压侧相电压有效值，为中压侧相电压有效值，为低压侧相电压有效值，u
rang
为调压范围，m
tap
为分接头数量，k为分接头调节数量。
[0024]
作为本发明所述的基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的一种优选方案，其中：所述增益包括，根据k
12
、k
13
的表达式分别确定出换流变压器中、低压侧相对于高压侧的变比范围，并将所述变比作为增益；
[0025]
所述补偿包括，获取中、低压侧延时后的电压幅值、相角，使用一个步长延时产生的相角差进行补偿。
[0026]
本发明的有益效果：本发明所述的多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，通过获取高压侧的电压传输给中、低压侧受控电压源，获取中、低压侧的电流传输给高压侧的受控电流源，分别对受控电压源和受控电流源施加增益，实现变压功能，并有效将变压器的每一个分接头转化为相应的变比，把该变比作为增益作用于受控电压源与受控电流源，实现调压功能。该方法解决了换流变压器因开关数量多给仿真机带来的实时化处理困难和数值的精度性等技术问题。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0028]
图1为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的带分接头的换流变压器详细结构图；
[0029]
图2为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法的多分接头换流变压器等值电路图；
[0030]
图3为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法应用于直流输电模型与换流变压器应用于直流输电模型的α对比图；
[0031]
图4为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法应用于直流输电模型与换流变压器应用于直流输电模型的γ对比图；
[0032]
图5为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法应用于直流输电模型与换流变压器应用于直流输电模型的直流电压u
dr
对比图；
[0033]
图6为本发明一个实施例提供的一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法应用于直流输电模型的直流电流id对比图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0035]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0036]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0037]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0038]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0040]
实施例1
[0041]
参照图1-6，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，包括：
[0042]
s1：忽略变压器励磁支路，根据三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系使用受控电压源和受控电流源实现换流变压器的升降压；
[0043]
更进一步的，所述三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系表达式为：
[0044][0045]
其中，u1(t)为高压侧电压瞬时值，u2(t)为中压侧电压瞬时值，u3(t)为低压侧电压瞬时值，i1(t)为高压侧电流瞬时值，i2(t)为中压侧电流瞬时值，i3(t)为低压侧电流瞬时值，k
12
为中压侧对高压侧的变比，k
13
为低压侧对高压侧的变比。
[0046]
更进一步的，所述实现换流变压器的升降压包括，使用受控电压源和受控电流源分别经过增益作用实现换流变压器的升降压功能；
[0047]
所述增益表示变压器的变比。
[0048]
应说明的是，所述受控电压源和受控电流源包括，高压侧使用受控电流源，中、低压侧使用受控电压源。
[0049]
还应说明的是，所述实现换流变压器的升降压功能包括，获取高压侧的电压作为中、低压侧受控电压源的受控信号，获取中、低压侧的电流作为高压侧受控电流源的受控信号。
[0050]
s2：确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根据所述的调压范围与分接头数确定变压器的变比范围；
[0051]
更进一步的，所述调压范围与分接头数包括，换流变压器的分接头每上调或下调一次，变压器变比发生改变，所述增益作用中的增益值也随之改变。
[0052]
应说明的是，所述变比范围包括，确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根据所述的调压范围与分接头数确定变压器的变比范围，并把所述变比范围作为所述增益作用中的增益k
12
、k
13
。
[0053]
更进一步的，所述增益k
12
、k
13
，分别是中、低压侧电压相对于高压侧电压的变比，获取的电压、电流信号均为相值。
[0054]
应说明的是，所述增益k
12
、k
13
的表达式为：
[0055][0056][0057]
其中，为高压侧相电压有效值，为中压侧相电压有效值，为低压侧相电压有效值，u
rang
为调压范围，m
tap
为分接头数量，k为分接头调节数量。
[0058]
s3：对中、低压侧受控电压信号加一个步长的延时，分别在中、低压侧对经过增益和延时后的电压进行补偿。
[0059]
更进一步的，所述增益包括，根据k
12
、k
13
的表达式分别确定出换流变压器中、低压侧相对于高压侧的变比范围，并将所述变比作为增益。
[0060]
更进一步的，所述补偿包括，获取中、低压侧延时后的电压幅值、相角，使用一个步长延时产生的相角差进行补偿。
[0061]
实施例2
[0062]
参照图3-6，为本发明的一个实施例，提供了一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
[0063]
在500kv高压直流输电模型中，整流侧三绕组变压器变比为345/182/182，绕组连接方式为ynyd11，高压侧调压范围为
±
15％，25个调节挡位，每调节一个挡位机械延时5s。逆变侧三绕组变压器变比为230/181/181，绕组连接方式为ynyd11，高压侧调压范围为
±
15％，25个调节挡位，每调节一个挡位机械延时5s。
[0064]
本发明提出多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法，所述的方法原理如图1、图2所示。
[0065]
图1为带分接头的三绕组换流变压器，忽略变压器励磁支路，根据三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系表达式：
[0066][0067]
使用受控电压源和受控电流源分别经过增益k
12
、k
13
作用实现换流变压器的升降压功能，其中，u1(t)为高压侧电压瞬时值，u2(t)为中压侧电压瞬时值，u3(t)为低压侧电压瞬时值，i1(t)为高压侧电流瞬时值，i2(t)为中压侧电流瞬时值，i3(t)为低压侧电流瞬时值，k
12
为中压侧对高压侧的变比，k
13
为低压侧对高压侧的变比。
[0068]
高压侧使用受控电流源，中、低压侧使用受控电压源。获取高压侧的电压作为中、低压侧受控电压源的受控信号，获取中、低压侧的电流作为高压侧受控电流源的受控信号。
[0069]
获取高、中、低压侧相电压有效值，确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根
据公式：
[0070]
以及所述的调压范围与分接头数，确定变压器中、低压侧相对于高压侧的两个变比范围k
12
'、k
13
'，并把该两个变比范围作为1中的增益值k
12
、k
13
，其中为高压侧相电压有效值，为中压侧相电压有效值，为低压侧相电压有效值，u
rang
为调压范围，m
tap
为分接头数量，k为分接头调节数。
[0071]
获取中、低压侧延时后的电压幅值、相角，根据公式：
[0072][0073]
把时域的一个延时转换为频域的相角，分别在中、低压侧对经过增益和延时后的电压进行补偿，其中，为一个步长延时产生的相角，t为电压信号的一个周期，δt为一个步长的时间。
[0074]
对高压直流输电系统建模进行实时仿真，将输送功率减小为0.8.pu，对整流侧交流系统设置两相接地短路故障，触发延迟角α、熄弧角γ、直流电压u
dr
、直流电流id的波形对比图如图3、图4、图5、图6所示。仿真结果证明，本发明提出的多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真方法与原换流变压器在稳态与故障暂态情形下的动态行为具有很好的一致性，分接头切换的暂态过程重合效果不理想，是因为机械分接头调节有暂态过程，而本发明所述方法是通过改变变压器变比直接平滑过渡。该方法具有很好的加速效果，可以实现换流变压器的电磁暂态实时仿真。
[0075]
本发明是一种基于多分接头换流变压器的电磁暂态实时仿真技术，主要用于解决了换流变压器因开关数量多给仿真机带来的实时化处理困难和数值的精度性的技术问题。本方法首先忽略变压器励磁支路，根据三绕组变压器高中低压侧的电压、电流关系使用受控电压源和受控电流源实现换流变压器的升降压，确定换流变压器的调压范围以及分接头数，根据所述的调压范围与分接头数确定变压器的变比范围，对中、低压侧受控电压信号加一个步长的延时，分别在中、低压侧对经过增益和延时后的电压进行补偿。
[0076]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0077]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0078]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0079]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0080]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0081]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0082]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0083]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。