本發(fā)明涉及等效模型仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型及頻率分析方法。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電在我國“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略中發(fā)揮了重要作用。在直流輸電系統(tǒng)中，直流側(cè)的直流濾波器與直流線路并聯(lián)后與平波電抗器串聯(lián)，在換流閥導(dǎo)通狀態(tài)下又與交流側(cè)的換流變壓器、交流濾波器、交流系統(tǒng)串聯(lián)。在主回路中存在多個由各個設(shè)備參數(shù)、接線方式所決定的固有諧振頻率，可能會導(dǎo)致直流回路在基波頻率和二次諧波頻率附近發(fā)生諧振，呈現(xiàn)低阻抗特性。換流變壓器在空載充電時，會產(chǎn)生幅值相當(dāng)大的勵磁涌流，并導(dǎo)致正在運行的換流變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流，在直流側(cè)產(chǎn)生基波和二次諧波電壓，在低阻抗特性下直流側(cè)會流過較大的基波和二次諧波電流，可能會引起保護(hù)誤動作并對直流設(shè)備造成損害。因此研究高壓直流回路的諧波阻抗特性具有重要的理論意義與實際價值。

由于直流輸電系統(tǒng)換流器元件的非線性特點，使得直流回路的諧振特性不能用常規(guī)的頻率掃描的方法進(jìn)行計算。經(jīng)典的換流器模型為一個內(nèi)電感模型，該模型中諧波電流的通路限定在換流變壓器和閥橋之間，忽略了換流變壓器套管等對地雜散電容，利用該模型基于直流側(cè)諧波電流理論設(shè)計結(jié)果與實測結(jié)果相差較大的現(xiàn)象。同時，直流諧振研究中較少考慮交流系統(tǒng)和交流濾波器對直流回路諧振特性的影響，使得換流器模型在諧振分析應(yīng)用中準(zhǔn)確度不足。

因此，經(jīng)典的換流器模型中諧波電流的通路限定在換流變壓器和閥橋之間，忽略了換流變壓器套管等對地雜散電容，利用該模型基于直流側(cè)諧波電流理論設(shè)計結(jié)果與實測結(jié)果相差較大是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型及頻率分析方法，用于解決經(jīng)典的換流器模型中諧波電流的通路限定在換流變壓器和閥橋之間，忽略了換流變壓器套管等對地雜散電容，利用該模型基于直流側(cè)諧波電流理論設(shè)計結(jié)果與實測結(jié)果相差較大的問題。

本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型，包括：換流器；

所述換流器具體采用三脈動換流器模型；

所述三脈動換流器模型包括漏電流通路、換流橋；

所述三脈動換流器模型的換流橋上的換相電感計算公式如下：

其中：L_C是換流變壓器的漏電感，L_3P是考慮換相過程后的換流器換相電感，μ是對應(yīng)最嚴(yán)重工況下的重疊角。

優(yōu)選地，所述對應(yīng)最嚴(yán)重工況下的重疊角的計算公式如下：

式中，β為逆變器的觸發(fā)越前角，I_d為直流電流；X_r為換相電抗；U_v為換流變壓器交流側(cè)的電壓折算到閥側(cè)的電壓。

優(yōu)選地，還包括交流系統(tǒng)，所述交流系統(tǒng)具體為一個感抗L_AC，接入所述換流橋；

所述感抗L_AC兩端的電壓為U_LAC，所述感抗L_AC的電流為I_LAC，n為直流側(cè)每站6脈動換流器數(shù)量，換流變壓器交流側(cè)電流為:I＝I_LAC/n，交流系統(tǒng)阻抗折算到換流變壓器直流側(cè)為：

L_V＝[1.5μ+(60-μ)×2]/60L_DC

其中：r為換流變壓器的變比，L_DC為交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗，L_V為考慮換相過程后交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗的計算值。

優(yōu)選地，還包括交流濾波器，所述交流濾波器具體為RLC串并聯(lián)回路，并聯(lián)接入所述換流橋；

所述RLC串并聯(lián)回路的電感和電阻可采用與所述交流系統(tǒng)解析等效計算相同的方法進(jìn)行折算；

所述RLC串并聯(lián)回路的電容，可采用下述公式進(jìn)行折算：

其中：C_ACF為交流濾波器的電容值，C_DC為交流濾波器電容等效到直流側(cè)的計算值。

優(yōu)選地，還包括平波電抗器、直流濾波器，接入所述三脈動換流器模型的直流端；

所述平波電抗器、所述直流濾波器直接引用原模型參數(shù)，并且不改變其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，還包括直流線路與接地極引線，連接所述三脈動換流器模型的直流端；

所述直流線路、所述接地極引線采用頻域模型。

本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法，基于如上述的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型進(jìn)行測試，包括：

通過帶有漏電流通路的三脈動換流器模型等效解析換流器并計算換流器的換流橋上的換相電感；

通過隨頻率變化的感抗L_AC等效解析交流系統(tǒng)、通過RLC串并聯(lián)回路等效解析交流濾波器，并將感抗L_AC和RLC串并聯(lián)回路接入上述三脈動換流器模型，得到包含換流閥、交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器解析等效模型；

將所述三脈動換流器解析等效模型接入高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型。

優(yōu)選地，本方法還包括：

在所得的高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型平波電抗器閥側(cè)插入測試電壓源，測量記錄所述測試電壓源兩端電壓信號及流過電壓源的電流信號；

對所得的電壓、電流信號進(jìn)行傅里葉分析，得到電壓、電流幅頻特性，將所述電壓、電流幅頻特性相除得到高壓直流回路諧波阻抗頻率特性。

本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析裝置，基于如上述的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法進(jìn)行分析，包括：

換流器等效解析模塊，用于通過帶有漏電流通路的三脈動換流器模型等效解析換流器并計算換流器的換流橋上的換相電感；

交流系統(tǒng)及交流濾波器等效解析模塊，用于通過隨頻率變化的感抗L_AC等效解析交流系統(tǒng)、通過RLC串并聯(lián)回路等效解析交流濾波器，并將感抗L_AC和RLC串并聯(lián)回路接入上述三脈動換流器模型，得到包含換流閥、交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器解析等效模型；

接入模塊，用于將所述三脈動換流器解析等效模型接入高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型。

優(yōu)選地，還包括：

插入測試模塊，用于在模型構(gòu)建模塊所得的高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型平波電抗器閥側(cè)插入測試電壓源，測量記錄所述測試電壓源兩端電壓信號及流過電壓源的電流信號；

計算模塊，用于對所得的電壓、電流信號進(jìn)行傅里葉分析，得到電壓、電流幅頻特性，將所述電壓、電流幅頻特性相除得到高壓直流回路諧波阻抗頻率特性。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型包括：換流器，所述換流器采用三脈動換流器模型，包括漏電流通路、換流橋，考慮了漏電流通路和換流橋上換相電感的影響以反映3n次諧波性質(zhì),模型更為準(zhǔn)確，解決了經(jīng)典的換流器模型中諧波電流的通路限定在換流變壓器和閥橋之間，忽略了換流變壓器套管等對地雜散電容，利用該模型基于直流側(cè)諧波電流理論設(shè)計結(jié)果與實測結(jié)果相差較大的問題。此外，本發(fā)明實施例考慮了交流系統(tǒng)和交流濾波器的因素對高壓直流回路諧振特性的影響，使得高壓直流回路諧振特性分析過程更加準(zhǔn)確嚴(yán)密，結(jié)果更加可靠。本發(fā)明實施例在阻頻特性分析中采集電壓和電流信號進(jìn)行傅里葉分析，方法簡單、便捷，效率更高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法的一個實施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的一個實施例的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的另一個實施例中的三脈動換流器模型的示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的另一個實施例中的包含交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器模型的示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的另一個實施例中的測試電壓源時域波形示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的另一個實施例中的流過測試電壓源的電流時域波形示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的另一個實施例中的經(jīng)過傅里葉分析后的電壓、電流、阻抗幅頻特性曲線示意圖。

其中，附圖標(biāo)記如下：

201、換流器等效解析模塊；202、交流系統(tǒng)及交流濾波器等效解析模塊；203、接入模塊；204、插入測試模塊；205、計算模塊。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型及頻率分析方法，用于解決經(jīng)典的換流器模型中諧波電流的通路限定在換流變壓器和閥橋之間，忽略了換流變壓器套管等對地雜散電容，利用該模型基于直流側(cè)諧波電流理論設(shè)計結(jié)果與實測結(jié)果相差較大的問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型，包括：換流器；

換流器具體采用三脈動換流器模型；

三脈動換流器模型包括漏電流通路、換流橋；

三脈動換流器模型的換流橋上的換相電感計算公式如下：

其中：L_C是換流變壓器的漏電感，L_3P是考慮換相過程后的換流器換相電感，μ是對應(yīng)最嚴(yán)重工況下的重疊角。

對應(yīng)最嚴(yán)重工況下的重疊角的計算公式如下：

式中，β為逆變器的觸發(fā)越前角，I_d為直流電流；X_r為換相電抗；U_v為換流變壓器交流側(cè)的電壓折算到閥側(cè)的電壓。

本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型還包括交流系統(tǒng)，交流系統(tǒng)具體為一個感抗L_AC，接入所述換流橋；

感抗L_AC兩端的電壓為U_LAC，感抗L_AC的電流為I_LAC，n為直流側(cè)每站6脈動換流器數(shù)量，換流變壓器交流側(cè)電流為:I＝I_LAC/n，交流系統(tǒng)阻抗折算到換流變壓器直流側(cè)為：

L_V＝[1.5μ+(60-μ)×2]/60L_DC

其中：r為換流變壓器的變比，L_DC為交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗，L_V為考慮換相過程后交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗的計算值。

本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型還包括交流濾波器，交流濾波器具體為RLC串并聯(lián)回路，并聯(lián)接入所述換流橋；

RLC串并聯(lián)回路的電感和電阻可采用與交流系統(tǒng)解析等效計算相同的方法進(jìn)行折算；

RLC串并聯(lián)回路的電容，可采用下述公式進(jìn)行折算

其中：C_ACF為交流濾波器的電容值，C_DC為交流濾波器電容等效到直流側(cè)的計算值。

交流濾波器為電阻、電感、電容的串并聯(lián)回路，從直流側(cè)看，將交流系統(tǒng)和交流濾波器二者等效為并聯(lián)回路并引入換流器的三脈動模型。

本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型還包括平波電抗器、直流濾波器，接入所述三脈動換流器模型的直流端；

平波電抗器、直流濾波器直接引用原模型參數(shù)，并且不改變其串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

需要說明的是，本發(fā)明實施例相當(dāng)于是將一個實際的模型進(jìn)行等效，原有的模型部分就是指不需要等效，原模型直接拿過來就可以用的，大概平波電抗器就是一個電桿，直流濾波器是一組串并聯(lián)的RLC，即原模型指的是等效前的模型。

本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型還包括直流線路與接地極引線，連接所述三脈動換流器模型的直流端；

直流線路、接地極引線采用頻域模型。

需要說明的是，頻域模型也是原模型中的頻域模型。

以上是對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型的一個實施例作詳細(xì)的描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法的一個實施例作詳細(xì)的描述。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法，基于如上述的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型進(jìn)行測試，包括：

101、通過帶有漏電流通路的三脈動換流器模型等效解析換流器并計算換流器的換流橋上的換相電感；

102、通過隨頻率變化的感抗L_AC等效解析交流系統(tǒng)、通過RLC串并聯(lián)回路等效解析交流濾波器，并將感抗L_AC和RLC串并聯(lián)回路接入上述三脈動換流器模型，得到包含換流閥、交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器解析等效模型；

103、將所述三脈動換流器解析等效模型接入高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型；

104、在所得的高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型平波電抗器閥側(cè)插入測試電壓源，測量記錄所述測試電壓源兩端電壓信號及流過電壓源的電流信號；

105、對所得的電壓、電流信號進(jìn)行傅里葉分析，得到電壓、電流幅頻特性，將所述電壓、電流幅頻特性相除得到高壓直流回路諧波阻抗頻率特性。

以上是對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法的一個實施例作詳細(xì)的描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析裝置的一個實施例作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實施例提供一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析裝置，基于如上述的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析方法進(jìn)行分析，包括：

換流器等效解析模塊201，用于通過帶有漏電流通路的三脈動換流器模型等效解析換流器并計算換流器的換流橋上的換相電感；

交流系統(tǒng)及交流濾波器等效解析模塊202，用于通過隨頻率變化的感抗L_AC等效解析交流系統(tǒng)、通過RLC串并聯(lián)回路等效解析交流濾波器，并將感抗L_AC和RLC串并聯(lián)回路接入上述三脈動換流器模型，得到包含換流閥、交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器解析等效模型；

接入模塊203，用于將所述三脈動換流器解析等效模型接入高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型。

還包括：

插入測試模塊204，用于在模型構(gòu)建模塊所得的高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型平波電抗器閥側(cè)插入測試電壓源，測量記錄所述測試電壓源兩端電壓信號及流過電壓源的電流信號；

計算模塊205，用于對所得的電壓、電流信號進(jìn)行傅里葉分析，得到電壓、電流幅頻特性，將所述電壓、電流幅頻特性相除得到高壓直流回路諧波阻抗頻率特性。

以上是對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗頻率特性分析裝置的一個實施例作詳細(xì)的描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型及頻率分析方法的另一個實施例作詳細(xì)的描述。

參見圖1，為本發(fā)明高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型圖。

對高壓直流輸電回路仿真模型各重要組成部分進(jìn)行解析等效，建立解析等效模型；所述組成部分主要包括交流系統(tǒng)、交流濾波器、換流器、換流變壓器、平波電抗器、直流濾波器、直流線路及接地極引線等。其中，換流器采用三脈動模型；交流濾波器為電阻、電感、電容的串并聯(lián)回路，從直流側(cè)看，將交流系統(tǒng)和交流濾波器二者等效為并聯(lián)回路并引入換流器的三脈動模型；平波電抗器、直流濾波器直接引用元件參數(shù)；直流線路及接地極引線采用頻域模型。對所搭建的模型進(jìn)行阻抗頻率掃描，得到其阻抗頻率特性。

在本實施例中以整流側(cè)相關(guān)參數(shù)為例進(jìn)行說明，換流器模型采用三脈動模型，如圖4所示。所述換流器三脈動模型計算公式如下：

其中：L_C是換流變壓器的漏電感；L_3P是考慮換相過程后的換流器換相電感，μ是對應(yīng)最嚴(yán)重工況下的重疊角，計算公式如下：

式中，β為逆變器的觸發(fā)越前角，I_d為直流電流；X_r為換相電抗；U_v為換流變壓器交流側(cè)的電壓折算到閥側(cè)的電壓。

所述三脈動換流器模型中雜散電容取經(jīng)驗值15μF。

在本實施例中，交流系統(tǒng)解析等效為一個感抗L_AC，兩端電壓為U_LAC，電流為I_LAC，由于同一條交流母線同時接到多個6脈動換流器，因此換流變壓器交流側(cè)電流為:I＝I_LAC/n。其中n為直流側(cè)每站6脈動換流器數(shù)量；交流系統(tǒng)阻抗折算到換流變壓器直流側(cè)為：

L_V＝[1.5μ+(60-μ)×2]/60L_DC

其中：r為換流變壓器的變比，L_DC為交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗，L_V為考慮換相過程后交流系統(tǒng)折算到換流變壓器直流側(cè)阻抗的計算值

在本實施例中，所述交流濾波器解析等效模型計算如下：

對于交流濾波器，電感和電阻可采用與所述交流系統(tǒng)解析等效計算相同的方法進(jìn)行折算；對于電容，可采用下述公式進(jìn)行折算

其中：C_ACF為交流濾波器的電容值，C_DC為交流濾波器電容等效到直流側(cè)的計算值。

交流系統(tǒng)和交流濾波器從直流側(cè)看過去等效為二者的并聯(lián)回路，通過換流變變比折算到換流閥側(cè)，并將其引入所述換流器三脈動模型，得到包含換流閥、交流系統(tǒng)和交流濾波器的三脈動換流器解析等效模型，如附圖5所示。

在本實施例中，所述平波電抗器與直流濾波器參數(shù)直接取用原模型參數(shù)值，直流線路與接地極引線采用原模型頻域模型

在本實施例中，建立高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型之后，對所述模型進(jìn)行阻抗頻率掃描，得到高壓直流回路諧波阻抗頻率特性，其步驟包括：

(1)在PSCAD/EMTDC平臺建立高壓直流回路諧波阻抗解析等效模型

(2)在所述解析等效模型平波電抗器閥側(cè)插入測試電壓源u_A，幅值為0.5K_V頻率為所關(guān)心的頻率范圍0-150Hz(各頻率電壓源可以單獨插入、也可以同時插入),測量記錄所述測試電壓源兩端電壓信號及流過電壓源的電流信號i_A,如圖6、圖7所示

(3)對所得的電壓、電流信號進(jìn)行傅里葉分析，得到電壓、電流幅頻特性U_A(f)、I_A(f)，將二者相除得到所述高壓直流回路諧波阻抗頻率特性Z_A(f)，如圖8所示

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。