适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法及系统与流程

本发明涉及电力系统，并且更具体地，涉及一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法及系统。

背景技术：

1、初始化指基于电磁暂态模型求解系统稳态运行状态的过程，是电磁暂态仿真的主要步骤之一，其能够初步校验电磁暂态模型的合理性，同时也是后续仿真故障特性的前提。多年来，国内外对电磁暂态初始化方法做了大量研究，也对不同设备的电磁暂态模型的初始化方法进行了研究，包括同步发电机、双馈风机、常规直流、新能源和柔性直流的初始化方法。但上述研究只针对单个设备，并未考虑不同设备以及不同控制策略的联合初始化过程。该过程中不同设备之间存在功率交互，使得面对不同场景时需要耗费大量时间对初始化策略进行调整，影响电磁暂态仿真的效率。也有学者对新能源经柔直联网系统的初始化进行了研究，提出了孤岛型控制柔直换流站开路初始化，初始化后并入新能源的联合初始化方法，但该方法过渡过程柔性直流功率波动较大，过渡时间长，且配置过程较为繁琐，自动化程度低，柔性直流孤岛模式下的初始化问题并未彻底解决。

2、因此，需要一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态快速初始化方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法及系统，以解决如何平滑切换实现电磁暂态仿真的初始化快速完成的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法，所述方法包括：

3、根据潮流计算结果确定新能源和柔性直流换流站的控制指令值；

4、基于钳位电压源和所述控制指令值进行新能源场站和柔性直流换流站的初始化；

5、当新能源和柔直换流站初始化完成时，切断钳位电压源，切换送端换流站的控制策略，由跟网型控制切换为孤岛型控制，完成电磁暂态初始化。

6、优选地，其中根据潮流计算结果确定新能源和柔性直流换流站的控制指令值，包括：

7、，

8、其中，为新能源侧的有功功率指令值；为新能源侧的有功功率潮流计算结果；为新能源侧的无功功率指令值；为新能源侧的无功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的有功功率指令值；为柔性直流换流站侧的有功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的直流电压指令值；为柔性直流换流站侧的直流电压潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的无功功率指令值；为柔性直流换流站侧的无功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的交流电压指令值；为柔性直流换流站侧的交流电压潮流计算结果。

9、优选地，其中基于钳位电压源和所述控制指令值进行新能源场站和柔性直流换流站的初始化，包括：

10、在新能源换流器升压变一次侧接入含开关的钳位电压源；其中，钳位电压源的电压幅值和相角通过潮流结果确定：

11、，

12、其中，和为钳位电压源的电压幅值和相角；和为潮流计算得到的电压幅值和相角；

13、控制新能源场站和柔性直流换流站均采用跟网控制，基于所述控制指令值设置新能源场站的有功功率和无功功率，以及设置所述柔性直流换流站的直流电压、有功功率和无功功率；其中，送端换流站采用定功率控制，受端换流站采用定直流电压控制，并分别在送端换流站并网点和受端换流站并网点接入含开关的钳位电压源。

14、优选地，其中切换送端换流站的控制策略，由跟网型控制切换为孤岛型控制，包括：

15、将换流站派克变换的相角从跟网型控制的相角切换为孤岛型控制的相角；

16、将dq轴电流参考值从跟网型模式切换到孤岛型模式。

17、优选地，其中将换流站派克变换的相角从跟网型控制的相角切换为孤岛型控制的相角，包括：

18、切换前相角由pll锁相环确定，切换时更新相角为孤岛型控制的锁相角和切换时刻对应的跟网型控制锁相角的值之和，使切换后的相角从切换点开始，按照孤岛型控制模式的斜率在0~2π之间变化；

19、其中，派克变换矩阵

tabc-dq为：

20、，

21、在跟网型控制中，派克变换的相角为电网中a相交流电压的相位，由pll锁相环确定，为：，

22、在孤岛型控制中，相角根据固定角频率生成，为：

23、，

24、其中，为相角；和分别为锁相环pi控制中的比例和积分系数；为控制器输出的q轴电压；为初始角频率；为拉氏变换的复频率；为孤岛型控制的固定角频率。

25、优选地，其中将dq轴电流参考值从跟网型模式切换到孤岛型模式，包括：

26、将跟网控制稳定后的dq轴电流参考值作为控制模式切换后孤岛模式生成 dq 轴电流的 pi 控制器的初始值，以使得在控制模式切换后孤岛型模式的dq轴电流从所述初始值开始计算；

27、其中，利用如下方式确定跟网控制稳定后的dq轴电流参考值，包括：

28、，

29、，

30、  ，

31、其中，和分别为跟网控制稳定后的d轴和q轴电流参考值；和分别为柔性直流换流站侧的有功功率指令值和无功功率指令值；为系统容量基准值；系统电压基准值；为系统电流基准值。

32、根据本发明的另一个方面，提供了一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化系统，所述系统包括：

33、控制指令值确定单元，用于根据潮流计算结果确定新能源和柔性直流换流站的控制指令值；

34、初始化单元，用于基于钳位电压源和所述控制指令值进行新能源场站和柔性直流换流站的初始化；

35、控制切换单元，用于当新能源和柔直换流站初始化完成时，切断钳位电压源，切换送端换流站的控制策略，由跟网型控制切换为孤岛型控制，完成电磁暂态初始化。

36、优选地，其中所述控制指令值确定单元，用于根据潮流计算结果确定新能源和柔性直流换流站的控制指令值，包括：

37、，

38、其中，为新能源侧的有功功率指令值；为新能源侧的有功功率潮流计算结果；为新能源侧的无功功率指令值；为新能源侧的无功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的有功功率指令值；为柔性直流换流站侧的有功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的直流电压指令值；为柔性直流换流站侧的直流电压潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的无功功率指令值；为柔性直流换流站侧的无功功率潮流计算结果；为柔性直流换流站侧的交流电压指令值；为柔性直流换流站侧的交流电压潮流计算结果。优选地，其中所述初始化单元，基于钳位电压源和所述控制指令值进行新能源场站和柔性直流换流站的初始化，包括：

39、在新能源换流器升压变一次侧接入含开关的钳位电压源；其中，钳位电压源的电压幅值和相角通过潮流结果确定：

40、，

41、其中，和为钳位电压源的电压幅值和相角；和为潮流计算得到的电压幅值和相角；

42、控制新能源场站和柔性直流换流站均采用跟网控制，基于所述控制指令值设置新能源场站的有功功率和无功功率，以及设置所述柔性直流换流站的直流电压、有功功率和无功功率；其中，送端换流站采用定功率控制，受端换流站采用定直流电压控制，并分别在送端换流站并网点和受端换流站并网点接入含开关的钳位电压源。

43、优选地，其中所述控制切换单元，切换送端换流站的控制策略，由跟网型控制切换为孤岛型控制，包括：

44、将换流站派克变换的相角从跟网型控制的相角切换为孤岛型控制的相角；

45、将dq轴电流参考值从跟网型模式切换到孤岛型模式。

46、优选地，其中所述控制切换单元，将换流站派克变换的相角从跟网型控制的相角切换为孤岛型控制的相角，包括：

47、切换前相角由pll锁相环确定，切换时更新相角为孤岛型控制的锁相角和切换时刻对应的跟网型控制锁相角的值之和，使切换后的相角从切换点开始，按照孤岛型控制模式的斜率在0~2π之间变化；

48、其中，派克变换矩阵

tabc-dq为：

49、，

50、在跟网型控制中，派克变换的相角为电网中a相交流电压的相位，由pll锁相环确定，为：，

51、在孤岛型控制中，相角根据固定角频率生成，为：

52、，

53、其中，为相角；和分别为锁相环pi控制中的比例和积分系数；为控制器输出的q轴电压；为初始角频率；为拉氏变换的复频率；为孤岛型控制的固定角频率。

54、优选地，其中所述控制切换单元，将dq轴电流参考值从跟网型模式切换到孤岛型模式，包括：

55、将跟网控制稳定后的dq轴电流参考值作为控制模式切换后孤岛模式生成 dq 轴电流的 pi 控制器的初始值，以使得在控制模式切换后孤岛型模式的dq轴电流从所述初始值开始计算；

56、其中，利用如下方式确定跟网控制稳定后的dq轴电流参考值，包括：

57、，

58、，

59、  ，

60、其中，和分别为跟网控制稳定后的d轴和q轴电流参考值；和分别为柔性直流换流站侧的有功功率指令值和无功功率指令值；为系统容量基准值；系统电压基准值；为系统电流基准值。

61、基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法中任一项的步骤。

62、基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：

63、上述的计算机可读存储介质；以及

64、一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

65、本发明提供了一种适用于柔性直流孤岛模式的电磁暂态初始化方法及系统，包括：根据潮流计算结果确定新能源和柔性直流换流站的控制指令值；基于钳位电压源和所述控制指令值进行新能源场站和柔性直流换流站的初始化；当新能源和柔直换流站初始化完成时，切断钳位电压源，切换送端换流站的控制策略，由跟网型控制切换为孤岛型控制，完成电磁暂态初始化。本发明充分利用机电潮流结果，并采用柔性直流控制器平滑切换的初始化思路，避免繁琐的开关投切过程；可以直接配置在柔直换流站的控制策略中进行封装，自动化程度高、初始化过程中的扰动小，极大地提升了初始化的效率与成功率。