一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法

技术特征：
1.一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，包括步骤1、建立考虑控制系统的lcc-hvdc换流器的稳态数学模型；步骤2、根据逆变侧交流故障发生后直流系统的换流阀电磁暂态过程，将整流侧直流短路电流的响应过程分为三个阶段，建立考虑直流控制环节的系统传递函数模型；步骤3、基于故障消除后直流控制系统的响应情况，将整流侧直流电流的恢复过程分为三个阶段，建立考虑逆变侧定电流控制的系统传递函数模型；步骤4、基于逆变侧换流阀在故障发生后的暂态电流导通路径，将逆变侧换流器及其交流部分化简为rlc二阶电路，解微分方程得到直流线路对地电容放电电流解析表达式；步骤5、根据步骤2、3所得的系统传递函数模型，化简传递函数并进行拉式反变换，结合步骤4的直流线路对地电容放电电流解析表达式结果，得到故障发生后逆变侧直流电流全过程时域解析表达式；步骤6、基于逆变侧交流母线发生故障后直流系统向交流贡献短路电流的机理，得到故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式。2.根据权利要求1所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤1中考虑控制系统的lcc-hvdc换流器的稳态数学模型为其中，i
dr
为整流侧直流电流，i
di
为逆变侧直流电流，u
di0
为逆变侧直流电压空载值，u
dr0
为整流侧直流电压空载值，α为整流侧延迟角，β为逆变侧越前触发角，γ为逆变侧关断角，γ
ref
为逆变侧关断角整定值，r
cr
为整流侧等效换相电阻，有r
cr
＝(3/π)ωl
cr
，l
cr
为整流侧换流变压器等效电感，r
l
为直流输电线路等效电阻，r
ci
为逆变侧等效换相电阻，同样有r
ci
＝(3/π)ωl
ci
，i
d0
为vdcol输出的电流整定值，i
di
为逆变侧短路电流值，k
δi
为电流偏差控制的比例常数。3.根据权利要求2所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤2中逆变侧定关断角控制传递函数模型为：
其中,g
pi
(s)为比例积分控制函数，t
δt
为阀组信号延迟时间常数，g
γ
(s)为计算逆变侧关断角的函数，k
p
为比例系数，t
i
为积分系数，β0为逆变器超前角稳态值。整流侧定电流控制传递函数模型为：其中，d(s)为低压限流环节输出电流指令，t
δt
为阀组信号延迟时间常数，t1为直流电流上升结束时刻，i
dr1
为t1时刻整流侧短路电流。4.根据权利要求3所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤3中考虑逆变侧定电流控制的系统传递函数模型为其中，r
cr
为整流侧等效换相电阻，l
cr
为整流侧换流变压器等效电感，r
l
为直流输电线路等效电阻，r
ci
为逆变侧等效换相电阻。5.根据权利要求4所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤4中直流线路对地电容放电电流解析表达式为6.根据权利要求5所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤5中整流侧电流在故障发生后的全过程时域解析表达式的求解过程为系统处于稳态时直流电流的计算公式为
逆变侧发生故障导致换相失败时，流过等效电容的电流、整流侧直流电流和逆变侧直流电流之间的关系为i
dr
i
dc
＝i
di
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)将整流侧直流电流暂态响应过程每一阶段的传递函数模型进行化简，得到控制量的频域表达式，再经过拉式反变换，得到直流电流的近似解析表达式为7.根据权利要求6所述的考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法，其特征在于，所述步骤6中故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式的求解过程为由故障发生后逆变侧换流阀暂态响应过程可知，折算到换流变压器原边的直流短路贡献电流为：当逆变侧四个阀同时导通，直流侧被短路，此时折算到换流变压器原边的直流短路贡献电流为：交流电流除衰减直流分量外还包含交流短路电流周期分量i
m
，其表达式为：其中，i
m
稳态短路电流的幅值，α为短路电流初相角，为稳态短路电流和电源电压之间的相角。综合式(9)、(10)、(11)，得到故障发生后，考虑直流电流贡献的a相交流电流分段表达式

技术总结
本发明公开一种考虑控制系统的高压直流短路电流时域分段解析方法。首先，根据逆变侧交流故障发生后直流系统的换流阀电磁暂态过程，将整流侧直流短路电流的响应过程分为六个阶段，建立考虑直流控制环节的系统传递函数模型，包括逆变侧定关断角控制传递函数模型、整流侧定电流控制传递函数模型和逆变侧定电流控制传递函数模型；然后，基于逆变侧换流阀在故障发生后的暂态电流导通路径，将逆变侧换流器及其交流部分化简为RLC二阶电路，解微分方程得到直流线路对地电容放电电流解析表达式。之后根据建立的系统传递函数模型，化简传递函数模型并进行拉式反变换，得到逆变侧直流电流全过程时域解析表达式。最后，基于逆变侧交流母线发生故障后直流系统向交流贡献短路电流的机理，得到故障后直流系统向交流系统的贡献的直流电流分量解析表达式。该方法实现了高压直流系统在故障后直流短路电流和交流短路电流时域解析式的求解。流时域解析式的求解。流时域解析式的求解。


技术研发人员：王彤 孙奕
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.04.18
技术公布日：2022/6/10