朱林，陳宇川，蔡澤祥，蘇海林，楊歡歡，金小明，周保榮，張東輝

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州市 510640；2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州市 510080)

基于直流系統(tǒng)故障響應(yīng)特征的機(jī)電暫態(tài)建模方法

朱林1，陳宇川1，蔡澤祥1，蘇海林1，楊歡歡1，金小明2，周保榮2，張東輝2

(1.華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣州市 510640；2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州市 510080)

針對(duì)機(jī)電暫態(tài)下直流及其控制系統(tǒng)模型不能反映實(shí)際系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的問題，提出了一種基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流系統(tǒng)建模新方法。分析了直流系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模型與電磁暫態(tài)模型的差異，確定了影響直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵性因素。進(jìn)而提出利用直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)模型在故障期間的特征，來(lái)改善機(jī)電暫態(tài)模型的關(guān)鍵思路。最后，借助PSCAD/EMTDC下的詳細(xì)仿真，提煉了直流電壓故障響應(yīng)特征，并以交流系統(tǒng)故障類型和換流母線電壓跌落情況為條件，將該響應(yīng)特征引入機(jī)電暫態(tài)直流換流器模型中。利用所提方法在PSS/E環(huán)境下搭建了直流系統(tǒng)的自定義模型，相關(guān)仿真結(jié)果驗(yàn)證了建模方法的實(shí)用性。

直流系統(tǒng)；故障響應(yīng)特征；自定義建模；機(jī)電暫態(tài)；PSS/E

0 引 言

電力系統(tǒng)中的元件模型與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析密切相關(guān)。其中，直流系統(tǒng)模型對(duì)于分析結(jié)果有至關(guān)重要的影響。在實(shí)際仿真分析中，精度和效率是直流系統(tǒng)建模的難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常采用PSCAD/EMTDC和RTDS進(jìn)行直流系統(tǒng)的電磁暫態(tài)建模仿真分析。在這種方式下可以詳細(xì)模擬諸如閥動(dòng)態(tài)的細(xì)節(jié)過(guò)程，但仿真規(guī)模通常受限制，且對(duì)仿真設(shè)備的硬件要求較高，仿真運(yùn)行效率較低，難以滿足交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的仿真需求。電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真軟件用于分析大規(guī)模交直流混聯(lián)電網(wǎng)，如PSS/E、BPA、PSASP等。這類軟件也提供了多種機(jī)電暫態(tài)下的直流及其控制系統(tǒng)模型，但仿真獲得的動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際系統(tǒng)存在一定差異。

為了使直流系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模型的動(dòng)態(tài)特性更接近真實(shí)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了一系列研究。文獻(xiàn)[1-3]采用機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真技術(shù),根據(jù)電力系統(tǒng)中各元件響應(yīng)時(shí)間的區(qū)別及精度要求，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行不同仿真區(qū)域的劃分，提高了仿真精度；文獻(xiàn)[4-5]引入動(dòng)態(tài)相量法改進(jìn)了直流系統(tǒng)建模精度；文獻(xiàn)[6-7]針對(duì)電磁暫態(tài)的快過(guò)程和機(jī)電暫態(tài)的慢過(guò)程，提出了多速率思想，從而提升仿真效率；文獻(xiàn)[8]提出從等值的角度提升仿真效率，但等值本身是一個(gè)近似的過(guò)程，其精度有待商榷；文獻(xiàn)[9]通過(guò)改善模型的控制策略，提高暫態(tài)穩(wěn)定仿真的精度；文獻(xiàn)[10]基于等間隔觸發(fā)方式和鎖相環(huán)觸發(fā)相位控制，建立了改進(jìn)的十二脈沖換流器采樣-數(shù)據(jù)模型。然而，鮮有文獻(xiàn)全面分析影響直流機(jī)電暫態(tài)模型精度的因素，也缺少改進(jìn)直流機(jī)電暫態(tài)模型精度的方法。

針對(duì)這一情況，本文提出一種基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流系統(tǒng)建模新方法。首先，從直流系統(tǒng)組成上分析影響機(jī)電暫態(tài)直流模型精度的因素。其次，從影響模型精度的瓶頸因素中提煉出反映直流電磁暫態(tài)模型關(guān)鍵故障響應(yīng)特征的電氣量，即直流電壓，并分析影響該電氣量的各類因素。最后，對(duì)影響直流電壓故障響應(yīng)特征的主要因素進(jìn)行分類，并以此為依據(jù)，將直流電壓在故障期間的響應(yīng)特征引入直流系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模型中。同時(shí)在PSS/E環(huán)境下搭建直流系統(tǒng)自定義模型，用于檢驗(yàn)所提直流系統(tǒng)建模方法的正確性。

1 直流機(jī)電暫態(tài)模型與電磁暫態(tài)模型的差異分析

直流控制系統(tǒng)、直流線路及換流器是直流系統(tǒng)的核心組成部分，直接影響直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。直流控制系統(tǒng)圍繞預(yù)設(shè)的控制方式，提供換流器工作所需要的觸發(fā)角α，同時(shí)與直流保護(hù)系統(tǒng)協(xié)同作用，確保直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。直流線路是直流功率傳輸?shù)耐ǖ?，考察其?dòng)態(tài)特性時(shí)還需要考慮與其串聯(lián)的平波電抗器。換流器是直流系統(tǒng)的核心器件，實(shí)現(xiàn)直流與交流2種輸電方式之間的轉(zhuǎn)化。

1.1 控制系統(tǒng)

作為直流系統(tǒng)的核心組成部分，直流控制系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生換流器運(yùn)行的輸出觸發(fā)角α，即對(duì)直流系統(tǒng)的整流側(cè)、逆變側(cè)，分別輸入實(shí)時(shí)的直流電壓和直流電流，通過(guò)控制系統(tǒng)的綜合作用，可輸出供換流器工作的觸發(fā)角α。典型的定電流與定電壓控制如圖1、2所示[11]，其中，Pset、Iset、Uset分別為功率、電流、電壓設(shè)定值，△P，Uorder，Iorder分別為功率調(diào)制信號(hào)、電壓整定值和電流整定值，Udcm為直流線路上電壓恒定點(diǎn)處的直流電壓，Rcomp為電壓恒定點(diǎn)到逆變側(cè)之間的線路電阻，MDC為模式轉(zhuǎn)換開關(guān)。

圖1 整流側(cè)定電流控制Fig.1 Constant current control of converter

圖2 逆變側(cè)定電壓控制Fig.2 Constant voltage control of inverter

1.2 直流線路模型

在電磁暫態(tài)仿真中，對(duì)直流線路通常采用的是貝瑞隆模型，主要是考慮了貝瑞隆分布參數(shù)和分裂線路間相互作用的影響。而在機(jī)電暫態(tài)仿真中，通常采用集中參數(shù)模型。機(jī)電暫態(tài)仿真中對(duì)直流線路的建模詳細(xì)程度，依賴于對(duì)實(shí)際直流系統(tǒng)的理解認(rèn)識(shí)以及研究目的和需求，當(dāng)考慮電感動(dòng)態(tài)特性(即直流線路暫態(tài)過(guò)程)時(shí)[12-13]，其與電磁暫態(tài)仿真中的線路模型差異并不大。因此，可認(rèn)為直流線路模型不是引起直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)動(dòng)態(tài)特性差異的主要原因。

1.3 換流器模型

換流器是交直流數(shù)據(jù)交互的紐帶。電磁暫態(tài)下的直流模型對(duì)換流器實(shí)現(xiàn)了A、B、C三相的分相建模。分相建模不僅可以精確模擬晶閘管的導(dǎo)通、換相、關(guān)斷過(guò)程，而且還可以考察換流器各橋臂電壓、電流各相不平衡的情況以及諧波的影響，因而能精確展現(xiàn)閥元件的換相失敗過(guò)程，因此，能準(zhǔn)確地反映換流器的實(shí)際動(dòng)態(tài)特性。

在機(jī)電暫態(tài)中，換流器采用的是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。該模型需要遵循下述前提條件[11,14]：(1)換流器母線的三相交流電壓是對(duì)稱、平衡的正弦波；(2)換流器本身的運(yùn)行是完全對(duì)稱平衡的；(3)直流電流和直流電壓是平直的。實(shí)際仿真中該模型的效果并不理想。一方面，上述假設(shè)條件與實(shí)際應(yīng)用中的故障條件并不完全吻合；另一方面，準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型體現(xiàn)的是換相的平均過(guò)程，無(wú)法展現(xiàn)閥的瞬時(shí)變化。

1.4 影響直流機(jī)電暫態(tài)模型準(zhǔn)確性的因素分析

通過(guò)上述對(duì)比分析可知，控制系統(tǒng)、直流線路與換流器上的差異均可引起直流系統(tǒng)在電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)下的動(dòng)態(tài)行為差異，但根本性影響因素在于換流器模型。

以逆變側(cè)換流母線上發(fā)生三相故障為例。在電磁暫態(tài)仿真中，兩側(cè)直流電壓下降，發(fā)生換相失敗后，直流電壓還將在下降過(guò)程中反沖至負(fù)值。而在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)直流模型中，由于交流母線電壓為0，直流線路中有直流電流，按照準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)公式將一直存在不為0的直流電壓，如圖3所示。

圖3 不同工況下的逆變直流側(cè)電壓差異Fig.3 Difference of inverter-side DC voltage in different conditions

另外，由于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型無(wú)法計(jì)及換流器閥動(dòng)態(tài)特性，對(duì)換相失敗的模擬也存在一定偏差。尤其是在故障期間，僅利用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)公式得出的直流電氣量在下降速度、恢復(fù)特性等方面與實(shí)際系統(tǒng)中的有較大差異。

針對(duì)上述問題，可考慮利用直流系統(tǒng)電磁暫態(tài)模型在故障期間的特征來(lái)改善機(jī)電暫態(tài)模型。例如，在機(jī)電暫態(tài)中引入故障期間電磁暫態(tài)下?lián)Q流站的特征電氣量，從而使兩側(cè)換流站的輸出特性與實(shí)際直流模型能夠較好地吻合。依據(jù)直流電壓計(jì)算出的直流電流以及后續(xù)的其他直流電氣量的輸出特性都將得到改善。本文主要考慮了直流電壓故障響應(yīng)特性，并在下文重點(diǎn)介紹其特征、影響因素和相關(guān)具體建模方法。

2 直流電壓故障響應(yīng)特征及影響因素

2.1 直流電壓故障響應(yīng)特征

在交流系統(tǒng)發(fā)生各類故障時(shí)，直流電壓呈現(xiàn)出一定的變化趨勢(shì)，如下降速度、下降幅度、恢復(fù)速度以及恢復(fù)過(guò)程中的震蕩情況，這些特性稱為直流電壓的故障響應(yīng)特征。然而，由1.4節(jié)分析可知，機(jī)電暫態(tài)下的直流模型無(wú)法準(zhǔn)確呈現(xiàn)這些特征。若建立庫(kù)文件，依據(jù)一定的分類形式存儲(chǔ)這些特征并引入到機(jī)電暫態(tài)直流模型中，則可改善其模型精度。

2.2 影響因素

如圖4所示，換流站交流母線是分割交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的邊界。在機(jī)電暫態(tài)直流模型中，直流電壓Udc由換流母線電壓Uac的變化情況和直流控制系統(tǒng)共同決定。相比于電磁暫態(tài)直流模型，機(jī)電暫態(tài)直流模型未考慮故障類型、系統(tǒng)支撐強(qiáng)度、故障位置等因素對(duì)直流電壓Udc輸出特性的影響。本節(jié)將利用電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD，分析上述因素對(duì)直流電壓故障響應(yīng)特征的影響。

圖4 仿真測(cè)試系統(tǒng)Fig.4 Simulation test system

2.2.1 換流母線電壓跌落程度

為研究換流母線電壓跌落程度對(duì)直流電壓響應(yīng)特性的影響，在PSCAD/EMTDC中，對(duì)圖4所示仿真系統(tǒng)，固定系統(tǒng)短路比大小，設(shè)置在0.1 s時(shí)逆變側(cè)換流母線發(fā)生三相故障，0.1 s后故障清除。并通過(guò)調(diào)整過(guò)渡電阻使逆變側(cè)母線電壓Uac在每次仿真中分別跌落至0.8，0.4，0 pu，記錄兩側(cè)直流電壓Udc，結(jié)果如圖5所示。

圖5 換流母線電壓跌落對(duì)直流電壓的影響Fig.5 Effect of convert bus voltage draping on DC voltages

由圖5可知，換流母線電壓Uac的跌落程度不同時(shí)，兩側(cè)直流電壓的響應(yīng)輸出有較大區(qū)別，說(shuō)明換流母線電壓的變化對(duì)直流電壓的響應(yīng)特征有較大影響。

2.2.2 故障類型

為研究逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障類型對(duì)直流電壓響應(yīng)特性的影響，對(duì)上述仿真系統(tǒng)，固定系統(tǒng)短路比大小，設(shè)置在0.1 s時(shí)逆變側(cè)換流母線分別發(fā)生三相接地故障、兩相接地故障和單相接地故障，0.1 s后故障清除。每次仿真通過(guò)調(diào)整過(guò)渡電阻使逆變側(cè)母線電壓Uac都跌落至同一值(此處取0.8 pu)，記錄兩側(cè)直流電壓Udc，結(jié)果如圖6所示。

圖6 故障類型對(duì)直流電壓的影響Fig.6 Effect of fault type on DC voltages

由圖6可知，逆變側(cè)換流母線電壓跌落程度相同而故障類型不同時(shí)，兩側(cè)直流電壓的響應(yīng)輸出有較大區(qū)別，說(shuō)明故障類型對(duì)直流電壓的響應(yīng)特征有較大影響。

2.2.3 系統(tǒng)支撐強(qiáng)度

為了研究系統(tǒng)支撐強(qiáng)度對(duì)直流電壓響應(yīng)特性的影響，對(duì)上述仿真系統(tǒng)，在0.1 s時(shí)設(shè)置逆變側(cè)換流母線發(fā)生三相故障，0.1 s后故障清除。調(diào)整交流系統(tǒng)等值電抗Z的值，使系統(tǒng)短路比在3～12之間變化，并通過(guò)調(diào)整過(guò)渡電阻使逆變側(cè)母線電壓Uac都跌落至同一值(此處取0.8 pu)，記錄兩側(cè)直流電壓Udc，結(jié)果如圖7所示。

短路比的改變，體現(xiàn)了交流與直流系統(tǒng)的相對(duì)強(qiáng)弱程度，也反映了交流對(duì)直流的電氣支撐強(qiáng)度。從圖7可以看出，盡管短路比發(fā)生較大的改變，但在換流母線電壓Uac跌落至同一值(此處取0.8 pu)的情況下，整流側(cè)與逆變側(cè)的直流電壓具有相似的動(dòng)態(tài)特性。換流母線電壓跌落至其他值時(shí)也有相似的結(jié)論。

圖7 系統(tǒng)支撐強(qiáng)度對(duì)直流電壓的影響Fig.7 Effect of system strength on DC voltages

2.2.4 故障位置

在上述仿真系統(tǒng)中，固定其短路比，并在線路AB上調(diào)整故障點(diǎn)位置，即距A端0%，20%，40%處，0.1 s時(shí)設(shè)置三相故障，0.1 s后故障清除，并通過(guò)調(diào)整過(guò)渡電阻使逆變側(cè)母線電壓Uac都跌落至0.8 pu，記錄兩側(cè)直流電壓Udc，結(jié)果如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)故障位置對(duì)直流電壓的影響Fig.8 Effect of fault location on DC voltages

由圖8可知，通過(guò)改變故障條件，直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生了一定變化。然而，在故障期間直流電壓在下降及恢復(fù)速率、變化拐點(diǎn)等特性方面仍然具有較強(qiáng)的相似性。同樣，換流母線電壓跌落至其他值時(shí)也有相似的結(jié)論。

2.3 建模可行性分析

交直流系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的交互作用。但在時(shí)間尺度上，直流系統(tǒng)的控制為ms級(jí)，而交流系統(tǒng)中換流器、電容無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂茷閟級(jí)。在考慮較大慣性環(huán)節(jié)和時(shí)間常數(shù)的機(jī)電暫態(tài)故障期間，這種區(qū)別弱化了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的耦合程度，從而使交流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、故障位置等因素對(duì)直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響較小。結(jié)合上述各影響因素分析可知，故障類型和換流母線電壓跌落幅度對(duì)直流電壓Udc的故障響應(yīng)特性影響較大，而受端系統(tǒng)支撐強(qiáng)度和故障點(diǎn)位置對(duì)直流電壓Udc的故障響應(yīng)特性的影響較小。

因此，本文以交流系統(tǒng)故障類型和換流母線電壓跌落情況為條件，提取電磁暫態(tài)下的直流電壓故障響應(yīng)特征，并將該響應(yīng)特征引入機(jī)電暫態(tài)直流換流器模型中，使直流系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型能夠再現(xiàn)這些特征。本文以三相故障為例，介紹基于直流電壓故障響應(yīng)特征的建模方法，而對(duì)于交流系統(tǒng)其他類型的故障，如各種不對(duì)稱故障，也可采用下述方法。

3 引入直流電壓故障響應(yīng)特征的建模方法

3.1 直流電壓故障響應(yīng)特征提取

為對(duì)特定電磁暫態(tài)直流系統(tǒng)進(jìn)行高效準(zhǔn)確地機(jī)電暫態(tài)建模，需將前者的詳細(xì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行故障響應(yīng)特征提取并引入到后者中。故障特征提取需要的數(shù)據(jù)可來(lái)源于交直流電網(wǎng)多年運(yùn)行積累的相關(guān)數(shù)據(jù)，也可來(lái)源于電磁暫態(tài)軟件，如PSCAD/EMTDC或RTDS對(duì)目標(biāo)電磁暫態(tài)直流模型的故障仿真結(jié)果，從而提高數(shù)據(jù)提取效率,其具體過(guò)程如下。

(1)依據(jù)目標(biāo)電磁暫態(tài)直流系統(tǒng)的詳細(xì)仿真數(shù)據(jù)，記錄在相同故障類型下，換流母線電壓跌落程度不同時(shí)的整流側(cè)和逆變側(cè)直流電壓變化情況。例如，在逆變側(cè)換流母線處設(shè)置三相故障，通過(guò)調(diào)整過(guò)渡電阻的大小改變逆變側(cè)交流電壓跌落程度，其電壓跌落程度的劃分區(qū)間精度可根據(jù)分析的需要而改變，本文以0.05 pu的精度進(jìn)行區(qū)間劃分。

(2) 記錄(1)中逆變側(cè)交流電壓跌落至某一區(qū)間范圍時(shí)兩側(cè)直流電壓的響應(yīng)特征曲線，同時(shí)，標(biāo)記曲線上的各極值為特征點(diǎn)，特征點(diǎn)的標(biāo)注精度和數(shù)量可根據(jù)所建直流模型的精度進(jìn)行改變，例如，在圖7中的仿真曲線中，本文選取A,B,C等關(guān)鍵特征點(diǎn)，并對(duì)AB段，BC段等各段進(jìn)行一次公式擬合。

(3) 根據(jù)換流母線電壓跌落程度，將上述擬合曲線進(jìn)行歸類，并將其擬合公式依照調(diào)用條件(母線電壓跌落情況和故障類型)寫入自定義直流模型的換流器模型中；至此，當(dāng)該自定義直流模型應(yīng)用于仿真時(shí)，換流器將根據(jù)調(diào)用條件，輸出整流側(cè)和逆變側(cè)的電壓故障響應(yīng)曲線。

上述處理方式可以和直流系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型結(jié)合，通過(guò)引入故障響應(yīng)特征解決后者不能準(zhǔn)確模擬換流器換相失敗的問題，在沒有增加計(jì)算量的情況下，進(jìn)一步提升直流系統(tǒng)模型的仿真精度和運(yùn)行效率。

本文將該建模方法通過(guò)PSS/E自定義功能加以實(shí)現(xiàn)，建立了基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證該建模方法的有效性。

3.2 故障模式匹配

機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)仿真下直流系統(tǒng)的輸出差異主要體現(xiàn)在逆變站發(fā)生換相失敗時(shí)。因此，在直流系統(tǒng)不發(fā)生換相失敗時(shí)，可依然采用換流器準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。而當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時(shí)，模型啟用故障響應(yīng)特征模型進(jìn)入故障識(shí)別匹配模式，即根據(jù)換流母線電壓跌落值和逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障類型，結(jié)合直流電壓的響應(yīng)特征曲線，實(shí)時(shí)獲取直流電壓的響應(yīng)數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步計(jì)算其他剩余直流電氣量。當(dāng)換相恢復(fù)時(shí)，切換回準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，計(jì)算所有直流電氣量。

4 仿真測(cè)試

為驗(yàn)證直流自定義建模的正確性，以CIGRE標(biāo)準(zhǔn)直流測(cè)試系統(tǒng)為參考[15]，根據(jù)本文所提方法利用PSS/E自定義功能搭建該直流模型，同時(shí)在該模型中引入直流電壓故障響應(yīng)特征，使之成為基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流模型，并與PSCAD/EMTDC下該測(cè)試系統(tǒng)的暫態(tài)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

由于在引入直流電壓故障響應(yīng)特征之前，2種工況下直流模型的輸出差異在非金屬性故障時(shí)比金屬性故障時(shí)的更大，因此，本文在圖4所示的系統(tǒng)中，設(shè)置0.1 s逆變站換流母線處發(fā)生三相非金屬性故障，過(guò)渡電阻為18 Ω，0.1 s后故障清除，來(lái)驗(yàn)證本文所述建模方法的正確性。相關(guān)仿真曲線如圖9所示。

由圖9可知，所搭建的自定義直流模型可準(zhǔn)確反映電磁暫態(tài)下直流系統(tǒng)故障期間的動(dòng)態(tài)特性。從細(xì)節(jié)上看，2種工況下?lián)Q相失敗期間逆變側(cè)的熄弧角降落，兩側(cè)直流電壓振蕩衰減及直流電流增減等具有相似的特征。盡管也存在故障切除時(shí)刻兩者之間的差異，但在后續(xù)的恢復(fù)過(guò)程中，二者的仿真結(jié)果趨于一致。

上述仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提建模方法的實(shí)用性，也表明了所搭建的基于直流電壓故障響應(yīng)特征的暫態(tài)建模的準(zhǔn)確性。

5 結(jié) 論

(1)本文針對(duì)機(jī)電暫態(tài)直流模型不能準(zhǔn)確反映實(shí)際直流系統(tǒng)相應(yīng)輸出特性的問題，提出了一種基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流系統(tǒng)建模新方法。本文的相關(guān)工作使機(jī)電暫態(tài)下的直流模型更加實(shí)用化、透明化、準(zhǔn)確化。用戶可利用該方法對(duì)某一實(shí)際直流模型或者電磁暫態(tài)下的直流模型進(jìn)行機(jī)電暫態(tài)建模，有利于用戶在交直流混聯(lián)電網(wǎng)中的安全分析工作。

圖9 逆變側(cè)換流母線三相故障仿真結(jié)果Fig.9 Simulation results of three-phase fault on inverter-side converter bus

(2)基于直流電壓故障響應(yīng)特征的直流模型具有良好的擴(kuò)展性，交直流電網(wǎng)多年運(yùn)行積累的相關(guān)數(shù)據(jù)為這種擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)提供了保障。用戶可通過(guò)在電磁暫態(tài)程序中對(duì)直流電磁暫態(tài)模型進(jìn)行不同類型故障的仿真，通過(guò)記錄其輸出故障相應(yīng)特征來(lái)不斷完善和更新該模型，使自定義模型更加合理、精確。

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朱林(1979), 男,通訊作者, 副教授, 碩士生導(dǎo)師, 主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化;

陳宇川(1991), 男,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化;

蔡澤祥(1960), 男, 教授,博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化;

蘇海林(1992), 男, 碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化;

楊歡歡(1987), 男, 博士研究生, 主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化；

金小明(1963), 男, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)、分析與直流輸電技術(shù);

周保榮(1974), 男, 博士, 高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與分析;

張東輝(1984), 男，碩士, 工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析、控制與規(guī)劃。

(編輯 張小飛)

Electromechanical Transient Modeling Method Based on HVDC Fault Response Characteristics

ZHU Lin1,CHEN Yuchuan1, CAI Zexiang1, SU Hailin1, YANG Huanhuan1,JIN Xiaoming2, ZHOU Baorong2, ZHANG Donghui2

(1. School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;2. Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid, Guangzhou 510080, China)

Aiming at the dynamic characteristics of HVDC and its control model in electromechanical transient simulation unable to correspond accurately with the ones of actual systems, this paper proposes a HVDC modeling method based on DC voltage fault response characteristics. Firstly, we analyze the differences between the electromechanical transient model and electromagnetic transient model of DC system, and identify the key factor that influences HVDC dynamic characteristics. Secondly, we present the key idea which utilizes the characteristics of HVDC electromagnetic transient model under fault to improve the electromechanical transient model. Finally, based on the detailed simulation in PSCAD/EMTDC, we extract the fault response characteristics of DC voltage, and introduce the response characteristics into the electromechanical transient model of DC converter according to AC system fault type and converter bus voltage variation. Based on the method, a user-defined HVDC model has been built in PSS/E, and the simulation results verify the practicality of the modeling method.

DC system; fault response characteristics; user-defined modeling; electromechanical transient; PSS/E

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (51407079)

TM 743

A

1000-7229(2016)02-0018-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.02.003

2015-10-20

Project supported by National Natural Science Foundation of China (71271082)