[發明專利]適用背靠背VSC故障暫態計算的兩端口等效建模方法

有效

• 申請號: 202110460054.6
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN112994072B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 賈科;楊彬;畢天姝;武文強;鄭黎明;侯來運
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于電力系統分析技術領域的一種適用背靠背VSC故障暫態計算的兩端口等效建模方法。首先根據交流故障電壓跌落程度，求解故障側VSC有功功率暫態；然后基于直流電容支路瞬時功率關系構建直流電壓故障分量的微分方程，并求解直流電壓暫態分量；根據非故障側VSC控制方程計算故障影響傳播至非故障側VSC的交流輸出電流解析式；最后，根據背靠背VSC非故障側輸出電流?故障側電壓間函數，構建交流故障期間VSC背靠背系統的兩端口等效模型。本發明可對交流故障經背靠背VSC的傳播特征實現解析分析，可將VSC背靠背系統以非線性二端口等效模型表示，對電力電子化配電網的故障傳播分析、保護研究具有重要的指導意義。

技術領域

本發明涉及電力系統分析技術領域，尤其涉及一種適用背靠背VSC故障暫態計算的兩端口等效建模方法。

背景技術

隨著電力系統高比例電力電子化發展，傳統電力網絡正在發生本質性的結構改變。一方面，作為終端設備的新能源電源、微電網等經電力電子換流器接口并網的新型裝備打破了傳統電力系統電磁發電機占主導的電源結構；另一方面，柔性直流輸電、直流背靠背配電站等串入輸配電網絡的結構也根本性地改變了交流線路的電氣傳輸規律。VSC背靠背系統等交直交結構的串聯，改變了交流短路故障沿輸配電線路壓降的故障傳播特征，導致交流故障特征弱化，為故障分析與保護研究帶來困難，因此亟待針對交流故障特征經交-直-交系統的傳播進行分析。

目前針對VSC并網逆變器的故障解析已有基于時域微分方程與頻域傳函響應等方法，針對故障暫穩態的解析計算較為精確。但尚未出現研究對故障影響經直流系統傳播至VSC背靠背系統對側換流站的動態機理進行分析，其原因在于業內長期以來“背靠背系統阻斷交流故障傳播”的誤解和背靠背系統數學模型高階難解的瓶頸。仿真結果表明對于背靠背系統的非故障側采用定直流電壓控制的情況，交流故障將通過直流電壓動態影響非故障側VSC交流電流輸出，從而實現不同于傳統沿線壓降形式的故障傳播。綜上所述，為明確背靠背系統對交流故障傳播的影響，有必要針對VSC背靠背系統進行交流故障傳播解析，以求為背靠背系統協調控制和交流送出線保護設計提供理論依據。

發明內容

本發明的目的是提出一種適用背靠背VSC故障暫態計算的兩端口等效建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據交流故障電壓跌落程度，求解故障側VSC的暫態有功電流輸出I_df與暫態輸出有功功率P_f；

步驟2，根據步驟1得到的故障側VSC的暫態輸出有功功率P_f，基于直流電容支路瞬時功率關系構建直流電壓故障分量的微分方程，并根據故障前運行條件求解直流電壓暫態分量Δu_dc；

步驟3，根據步驟2得到的直流電壓暫態分量Δu_dc，基于非故障側VSC控制方程計算故障影響傳播至非故障側VSC的交流電流輸出值i_d；

步驟4，根據步驟3得到的非故障側VSC的交流電流輸出值i_d，構建交流故障期間背靠背VSC的兩端口等效模型。

所述步驟1中故障側VSC的暫態有功電流輸出I_df的解析式為：

其中，為故障后背靠背VSC有功電流指令值，其取值根據故障后電壓幅值與低壓穿越準則決定；I₁、I₂為暫態電流暫態分量的初始值，r₁、r₂為衰減常數，分別為：

其中，k_ip、k_ii分別為背靠背VSC電流內環PI控制器的比例、積分系數，L為背靠背VSC交流出口濾波電抗，i_d0為故障前有功電流值；