基于ADPSS的高压直流输电系统机电暂态-电磁暂态混合仿真研究.pdf

第４１卷第１２期２０１３年６月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｌ０１．４１Ｎ０．１２Ｊｕｎ．１６．２Ｏ１３基于ＡＤＰＳＳ的高压直流输电系统机电暂态一电磁暂态混合仿真研究陈磊，张侃君，夏勇军，胡刚（１．湖北省电力公司博士后科研３－．作站，湖北武汉４３００７７；２．湖北省电力公司电力科学研究院，湖北武汉４３００７）摘要：为了准确分析高压直流输电系统的动态特性，针对±５ＯＯｋＶ江城【湖北江陵一广东鹅城）高压直流输电实例工程，给出一种基于全数字实时仿真装置（ＡＤＰＳＳ）的机电暂态一电磁暂态混合建模方法。利用电路等值转换理论分析了机电一电磁混合仿真的计算机理，进而阐述了机电模型及电磁模型的建模方法。利用所构建的直流工程混合模型，开展了整流侧与逆变侧的交流系统分别发生接地故障的模拟仿真，并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模仿真进行了比较分析。仿真结果表明，基于ＡＤＰＳＳ的高压直流输电系统机电一电磁混合仿真建模方法是有效的，其相比纯电磁模型能更精确地反映直流系统的动态运行特性，从而增强仿真模型的准确度。关键词：全数字实时仿真装置（ＡＤＰＳＳ）；高压直流输电系统；混合仿真计算；交流系统故障；动态特性Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ－ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０１１ＨＶＤＣｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＤＰＳＳＣＨＥＮＬｅｉ，ＺＨＡＮＧＫａｎ－ｊｕｎ，ＸＩＡＹｏｎｇ￣ｕｎ。，ＨＵＧａｎｇ（１．Ｐｏｓｔ－ｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＳｔ￣ｉｏｎｏｆＨｕｂｅｉＥＰＣ，Ｗｕｈａｎ４３００７，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｂｅｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００７７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｓｔｕｄｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨＶＤＣｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅ４－５００ｋＶＨＶＤＣｐｒｏｊｅｃｔｆｒｏｍＪｉａｎｇｌｉｎｇｔｏＥｃｈｅｎｇ，ａｈｙｂｒｉｄｍｏｄｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎａｄｖａｎｃｅｄｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ＡＤＰＳＳ）ｉｓ—ｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｃｉｒｃｕｉｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌｉｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｂｕｉｌｔｈｙｂｒｉｄｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｆａｕｌｔｓｈａｐｐｅｎｉｎｇａｔＡＣｂｕｓｅｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｏｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌｓｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃａｌｅｏｆＡＣｓｙｓｔｅｍｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒＨＶＤＣｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＤＰＳＳｉｓｖａｌｉｄ．ＩｔｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍｍｏｒｅｐｒｅｃｉｓｅｌｙｔｈａｎｐｕｒｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌ，ａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｄｖａｎｃｅｄｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ＡＤＰＳＳ）；ＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ＡＣｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔ；ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ中图分类号：ＴＭ７４３文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１３）１２－０１３６０７Ｏ引言高压直流输电技术具备送电距离远、送电容量大、控制灵活与调度方便等特点，目前已成为了我国跨区电网的重要骨架［１］ｏ对于湖北电网而言，其通过葛南（葛洲坝．南桥）、龙政（龙泉．政平）、宜基金项目：中国博士后科学基金面上资助（２０１２Ｍ５１１５９５）华（宜都一华新）、林枫（团林．枫泾）四条￣５００ｋＶ直流输电工程同华东电网相连；通过江城（江陵．鹅城）：￣５００ｋＶ直流输电工程与南方电网相接，湖北电网已然成为西电东送、全国联网的重要枢纽。上述高压直流输电工程在异常工况下的动态响应及故障恢复特性无疑将会对湖北电网的安全稳定运行起着重要作用，针对这些直流输电工程展开系统的建模仿真及分析工作将具有很强的研究价值及实际陈磊，等基于ＡＤＰＳＳ的高压直流输电系统机电暂态．电磁暂态混合仿真研究．１３．意义。在高压直流输电系统的仿真建模上，大体可分为电磁暂态建模和准稳态建模（机电暂态建模）两类。由于直流输电系统中存在晶闸管和换流装置等电力电子装置，需分析考虑其快速暂态特性和一些非线性元件引起的波形畸变特性，而准稳态建模是基于电压电流信息的序相量模型，在分析不对称故障和预报换相失败时是不精确的，因此对直流输电系统的精确仿真必须采用电磁暂态建模方法。当前应用较多的非实时电磁暂态仿真软件是由Ｍａｎｉｔｏｂａ直流研究中心开发的ＰＳＣＡＤ［２－４］，实时仿真软件则以加拿大ＲＴＤＳ公司出品的ＲＴＤＳ最为广泛Ｊ。ＲＴＤＳ元件库内配备了较为齐全的直流输电系统设备模型，但是利用ＲＴＤＳ进行实时仿真通常受规模所限，节点数量往往相对不多，对于交流电网需做等值化简，而化简处理会使得电网的运行特性发生一定改变，在涉及直流控制策略对电网的动态特性等仿真研究时，其计算准确度会受到影响ｌ７Ｊ。事实上，ＲＴＤＳ多用于连接实际直流控制保护装置进行数模混合仿真，侧重在装置本身的性能校核一１。由中国电力科学研究院自主研发的全数字实时仿真装置（ＡＤＰＳＳ）可实现大规模交直流输电系统的机电暂态．电磁暂态混合仿真，即将需要详细研究的直流系统采用电磁暂态建模，与直流系统相关联的交流电网则使用机电暂态仿真，利用数据交互接口开展混合仿真，此种计算优势在于：不仅可模拟出电力电子设备内部的快速暂态过程，且能够兼顾仿真系统规模，使得交流电网的动态特性在机电…侧实时体现，保障了计算结果的准确性ｌｊ。本文针对江城高压直流输电实例工程，基于ＡＤＰＳＳ提出了该直流工程的机电暂态．电磁暂态混合建模方法，阐述了详细建模过程。利用该混合模型，开展了整流侧（逆变侧）交流系统发生短路接地的故障仿真，并与采用交流电网化简处理的常见直流系统纯电磁建模进行了比较，进而研究分析了所建混合仿真模型的动态特性。１ＡＤＰＳＳ混合仿真１．１混合仿真计算理念ＡＤＰＳＳ中电磁暂态程序和机电暂态程序采取分别求解方式。当进行电磁暂态网络计算时，对机电侧模型使用戴维南等值；在开展机电暂态网络计算时，对电磁侧模型实施诺顿等值，如图１所示Ｉ¨］。由此在仿真初始时刻，电磁暂态过程获取机电暂态网络的工频等值阻抗阵ｚ；而每一个接口时刻，电磁暂态仿真过程向机电暂态仿真过程传送边界点的正序、负序、零序电流厶和边界点的正序、负序、零序电压；机电暂态仿真过程向电磁暂态仿真过程传送边界点的等值电势。具体的机电．电磁网络等值参数转换过程可参见文献［１２】。———Ｌ＿＿ＪｌＺｌ电磁暂／、Ｅｆ～态网络戴维南等值丫（三相瞬时值）ｌＩ机电暂ｌ诺顿等值态网络Ｉｆ（三序相量值）图１机电暂态．电磁暂态混合仿真接口等值电路Ｆｉｇ．１Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｈｙｂｒｉｄ—ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１．２混合仿真分网方案在开展混合仿真计算时，机电暂态程序与电磁暂态程序的分网接口位置对仿真的效率及精度起着至关重要的作用。通常意义上，网络划分需立足以下几项基本原则＿ｌ１：１）尽量降低电磁子网络的规模及数量，以确保仿真的计算速度；２）缩减接口断面所涉及的母线、线路数目，以保障交接变量的精简；３）对应模拟的故障形式下，接口处电压的不对称程度及波形畸变尽量低，以保证机电子网络的误差在可接受范围之内。根据上述分网原则，针对高压直流输电系统机电．电磁混合仿真，大致有两种网络划分方案：１）选在与直流设备直接相连的交流母线上；２）基于研究需要选择在电气量波形畸变轻微的位置分网，将接口位置延伸到交流系统内部。前者在实现上较为方便，后者较适用于弱交流连接系统，且需限定延伸的范围及深度，以免弱化了混合仿真的优势，而降低了运算效率。２江城直流输电工程的系统建模基于混合仿真计算的基本原理，应用ＡＤＰＳＳ开展江城直流输电工程机电暂态一电磁暂态建模仿真的大体步骤为：１）建立湖北电网机电暂态模型算例；２）对机电模型进行潮流计算，根据潮流计算结果以及直流输电系统的研究需要，划分模型的电磁暂态子网及机电暂态子网；３）构建包含江城直流输电力系统保护与控制电工程的详细电磁暂态仿真模型，输入对应潮流计算初始参数，添加相关机电暂态接口，执行混合仿真运算。２．１机电暂态仿真模型湖北电网机电暂态仿真模型采用的是孤网模型，即将与湖北电网相连的跨省联络线等效为负荷模型。机电暂态仿真模型共计有１５６２个节点，其中包括２０６台发电机组，５４１台变压器，８８８回交流输电线路以及５条直流输电线路等。模型中，发电机组、２２０ｋＶ及以上电压等级变压器和输电线路参数均与实际参数保持一致，１１０ｋＶ及以下电压等级电网系统等效为负荷（ＰＱ节点）。同江城直流输电工程整流站相连的交流母线是江陵５００ｋＶ母线，该母线通过多回交流输电线路同团林、兴隆、复兴、三峡左岸等５００ｋＶ母线相接。出于降低仿真节点数量、提高计算速度的考虑，在划分计算子网时，未将江陵站周边相邻的所有交流系统纳入电磁暂态子网模型，而是选取了三回交流输电线路，其余的交流输电线路以及变压器、负荷等模型连接至虚拟江陵５００ｋＶ交流母线上，并一同纳入机电暂态子网，而虚拟母线同原５００ｋＶ江陵母线经一短交流输电线路相接。由此，机电子网与电磁子网通过３个机电暂态接口相连，机电接口分别位于鄂江陵５００ｋＶ虚拟母线、鄂团林５００ｋＶ母线、鄂三江５００ｋＶ母线上，图２所示为江城高压直流输电工程机电暂态．电磁暂态混合仿真模型的示意图。机电ｆ嘲Ｉ磁子江陵５０—一＾Ｈｌ。Ｉ｝流滤波器｝ｌｌＨ卜一一虚拟江陵５００ｋＶ母线———卜＿，ｙｖｎ＿厂本—一——√＼／、—一蚓Ｊｌｌｌ警ｌｌ『ｌ一ｌＨ—一团林—一５００ｋＶ母线Ｉ—一工工：＼５００ｋＶ母线一。Ｉ～—《；～Ｉ—Ｌ一ｖ一一Ｉｌ…Ｌ——一一ｊＬ——一————……————…——…————…——…——…——…——…——…——…————……——Ｉ图２江城高压直流输电工程机电暂态一电磁暂态混合仿真模型图—Ｆｉｇ．２ＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＨＶＤＣｐｒｏｊｅｃｔｆｒｏｍＪｉａｎｇｌｉｎｇｔｏＥｃｈｅｎｇ２．２电磁暂态仿真模型在电磁暂态仿真模型中，构建了江城直流输电工程的整流（逆变１站、直流输电线路、接地极、控制系统及两端交流电网。整流（逆变）站模型包含有换流变压器、交直流滤波器、换流器、平波电抗器等主要设备。整流端交流电网由四回交流输电线路及相应机电暂态接口组成。因湖北电网机电暂态模型未就鹅城侧的广东电网进行详细建模，逆变端所接交流电网在此采取常见的等值处理方法【１引，即选取戴维南电路，使用理想电压源串接固定等值阻抗的方式来模拟。江城高压直流输电工程一次设备模型的仿真参数同现场实际情况保持一致，其参数可详见换流站运行管理规程，限于论文篇幅，表ｌ列出了部分设备的仿真参数。表１江城高压直流输电工程一次设备模型的仿真参数Ｔａｂｌｅ１ＰｒｉｍａｒｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＨＶＤＣｐｒｏｊｅｃｔｆｒｏｍＪｉａｎｇｌｉｎｇｔｏＥｃｈｅｎｇ直流设备仿真参数平波电抗器２９０ｍＨＲ１＝２０００ｎ，ＣＬ＝１６ｌ７ｇＦ，Ｌ１＝４３．８２ｍＨｌ１／１３次交流滤波器“Ｃ５．８Ｆ，上２１．２２６ｍＨＲｔ＝５００Ｑ，Ｃｌ＝１．６１７ｌａＦ，Ｌｌ＝７２５ｍＨ，２４／３６次交流滤波器‘Ｃ２９．７ｇＦ，Ｌ２１．２０９ｍＨ直流输电线路集中参数模型，＝８．７４【２，Ｌ＝０．８４ＨＣ１＝２ｐ．Ｆ，Ｌ１＝１１．７１ｍＨ，１２／２４次直流滤波器‘９．０４７，Ｌ２５．８４ｍＨＣ２ｐ＿Ｆ，Ｌ６．４６ｍＨ，１２／３６次直流滤波器Ｃ，＝３．７５２ｕＦ，Ｌ，１１．３５ｍＨ注：交直流滤波器结构可参照文献［１６］。在直流控制系统模型的构建中，整流侧配备定陈磊，等基于ＡＤＰＳＳ的高压直流输电系统机电暂态一电磁暂态混合仿真研究一１３９．电流控制器；逆变侧配备定电流、定电压和定关断角三个控制器，双侧均配置有最小触发角调节及低压限流控制器（ＶＤＣＯＬ）。ＶＤＣＯＬ在直流输电系统正常运行时不起作用，而在系统发生故障时，因直流电压低于某设定值而调节直流电流的整定值。逆变侧控制系统中各调节器的配合方式如图３所示。图中：ｙ、ｕｄ、，ｄ分别代表关断角、直流电压及直流电流，ｒｅｆ、己，ｄｒｅｆ、厶ｒｅｆ为它们对应的参考指令值；瑚、厶雄为直流电压电流整定裕度差，根据电流裕度控制原理【Ｊ，在逆变侧定电流调节器中，ｄ设置为０．１ｐｕ，而整流侧取／ｄａｒｇ＝０ｅｆｖＤｃＯＬ为ＶＤＣＯＬ输出的电流指令限幅值；ＤＧＥ（ＤｅｌｔａＧａｍｍａＥｒｒｏｒ）为关断角偏差指令值，其经定电流调节器输出，供给定关断角调节器以修正其初始参考值。图３逆变侧控制系统各调节器的配合原理图Ｆｉｇ．３Ｌｏｇｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｒｅｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅ—ｉｎｖｅｒｔｅｒｓｉｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ逆变侧的三种控制调节器分别基于自身设置的参考定值、实测输出及比例积分参数进行触发角指令的运算，并取调节器运算结果的最小值以触发换流阀。基于上述控制配置方案，所建直流输电控制系统模型的特性如图４所示。图４直流输电控制系统模型的特性Ｆｉｇ．４Ｕｄ－／ｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅＨＶＤＣｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ在额定运行状态下，直流输电系统的运行点是ｘ，它是整流侧定电流控制特性与逆变侧定电压控制及定关断角控制特性的交点。若整流侧因故障异常工况导致交流电压下降，其运行点将转移至Ｙ，此时整流侧换流阀转为最小触发角控制，逆变侧换流阀切换至定电流控制。３直流输电工程故障仿真根据某特定时刻的机电暂态仿真潮流计算数据，江城高压直流输电系统的双极输送功率为ｌ１７５ＭＷ，相比较于额定双极功率３０００Ｍｗ，正送功率标幺值为０．３９ｐｕ。直流控制模型中将直流电压整定值设为１ｐｕ，直流电流整定值设为０．３９ｐｕ，换流器的初始状态为不闭锁，控制系统即时投入运行。另外，考虑到直流输电系统中无功消耗约占有功输送功率的４０％～６０％，对直流系统双侧交流滤波器的投入组数进行了调节，整流侧及逆变侧两端投入滤波器组及补偿电容器共计６００Ｍｖａｒ。３．１整流侧交流母线单相故障假设在ｆ＝５Ｓ时，直流仿真模型整流侧交流母线Ａ相发生接地故障，短路持续时间为１００ｍｓ，接地电阻为０．０４Ｑ。图５及图６分别为该故障工况下直流电压电流及两侧换流阀触发角的仿真波形。在短路故障期间，由于受到不平衡换相电压的影响，直流电压及直流电流中均出现谐波与幅值下降现象。整流侧触发控制将由定电流转换为最小触发角调节（设定为５。），通过降低触发角以提高系统直流电压，逆变侧触发控制则切换至为定电流调节，降低该侧触发角以抑制直流电流的下跌。Ｏ８０．６基０．４０．２０．０Ｏ２４９０４．９５５００５．０５５．】０５．１５５２０５．２５５３０ｔ／ｓ图５直流电压电流仿真波形（整流侧接地故障）Ｆｉｇ．５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｓｉｄｅｇｒｏｕｎｄｅｄｆａｕｌｔ电力系统保护与控制４Ｏ３０６－＂２０毽１００１８０ｅ１６０１４０１２０Ｌ电磁厂、～Ｊ１●————】一Ｉ『ｌ混／合－Ｕ：混合＼ｆＵ妇图６两侧换流阀触发角仿真波形（整流侧接地故障）Ｆｉｇ．６Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｔｒｉｇｇｅｒａｎｇｌｅｓｉｎｔｗｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｕｎｄｅｒｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｓｉｄｅｇｒｏｕｎｄｅｄｆａｕｌｔ３．２逆变侧交流母线单相故障图７、图８为逆变侧故障工况下直流电压电流及两侧换流阀触发角的仿真曲线，除故障发生位置外其他条件同整流侧故障相同。１．５１．００．５０．０一Ｏ．５电＼＼混合’混合＾．ｔ／ｓ图７直流电压电流仿真波形（逆变侧接地故障）Ｆｉｇ．７Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｕｎｄｅｒｉｎｖｅｒｔｅｒ・ｓｉｄｅｇｒｏｕｎｄｅｄｆａｕｌｔ１５Ｏｉｆ－．１００５００１６０１５０１４０１３０１２０１１Ｏ｝。Ａｆ＼电磁｛＼。糯合：电磁＼、，混合４４４．６４８５０５２５４５６５．８ｓ图８两侧换流阀触发角仿真波形（逆变侧接地故障）Ｆｉｇ．８ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＣｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｔｒｉｇｇｅｒａｎｇｌｅｓｉｎｔｗｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｕｎｄｅｒｉｎｖｅｒｔｅｒ－ｓｉｄｅｇｒｏｕｎｄｅｄｆａｕｌｔ由于逆变侧直流电压在短路瞬问迅速下跌，导致系统直流电流急剧增加。受整流侧定电流调节器作用，该侧触发角不断上升并超过９０。，使得直流电压到达负向。随着直流电流的下降，逆变侧换流阀将变更为受定电流调节器控制。故障后约１４０ｍｓ，直流输电系统模型开始平稳恢复。４仿真结果分析４．１交流故障对直流动态特性影响机理在对混合仿真及纯电磁暂态仿真进行比较前，在此简要探讨交流系统发生故障时，直流系统动态特性的影响机理。该动态特性的变化除了受直流控制系统的快速作用，还与交流电网的机电暂态过程有一定关联。经直流控制策略的有效调节，换流阀触发角的控制时限通常小于２０ｍｓ的范围，综合测量系统、通讯等因素，整个直流系统的响应时间在５０－１５０ｍｓ之内。另外，交流系统应属于慢速动态子系统，其对于快速动态子系统（直流系统）的效应可等效为作用于直流某一端的虚拟可变电压源，即通过对换流站交流母线电压的影响而体现出来。当发电机处于高压直流换流站相邻的位置时，受相应故障工况的作用，发电机的机端电压将发生改变，励磁控制则会动作并影响高压换流站母线的电压工况，一般情况下，该电压变化的时间常数约为１００～５００ｍｓ。换流母线交流电压相位及幅值的波动将致使换流器的实际触发角与预期触发角存在偏差，并引起直流电压电流的摄动，进而改变直流传输功率，受整流侧定电流（定功率）调节器的控制，可一定程度上减小该摄动，但最终不可能完全消除，反之会影响到发电机的电磁转矩。若故障位置过近，在整个暂态过程中强行励磁的作用可能始终不能克服短路电流的去磁作用，此时发电机端电压一直不能恢复至额定值，将导致换流器触发角的动态波动过程较长。４．２仿真数据对比对比观察图５～图８，可知在故障持续及恢复期间，混合仿真与纯电磁仿真的计算结果于动态变化趋势上呈现一致性。但是，因两模型中整流侧交流母线电压的建立机制存在着差别，其将直接影响到直流电压电流以及触发角的具体输出结果，导致图示仿真曲线在波动幅度及时长上存在偏差。图９所示对比了两模型在不同故障工况下的整流侧交流母线电压（Ａ相）。纯电磁暂态仿真模型中的整流侧交流电网是利用理想电压源串接等值（固定）阻抗的方式来模拟。根据波动法的等值阻抗计算公式Ｉｌ，在交流系统侧电源未发生变化的情况下，其等值阻抗等于换相母线变压的波动除以流过其间电流的波动，鉴于故障陈磊，等基于ＡＤＰＳＳ的高压直流输电系统机电暂态．电磁暂态混合仿真研究一１４１一期间电压电流量的变化以及谐波影响等多方面因素，采用固定阻抗的模拟方式不能精确反映其真实暂态情况，通过选用在线跟踪改进算法进行实时修正戴维南参数］，在某种程度上能够增强计算的精确性。ｌ５１．Ｏ０．５００一Ｏ５１Ｏｓ图９两种故障工况下的整流侧交流母线电压（Ａ相）Ｆｉｇ．９Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｓｉｄｅＡＣｖｏｌｔａｇｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅ—ｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｆａｕｌｔｓ（ＰｈａｓｅＡ、混合仿真模型中整流侧的交流母线电压是取决于机电暂态接口的交互算法，该接口算法基于节点…分裂进行网络分割及并行计算Ｌ２，其仿真时序表现为稳态情况下的并行接口时序与网络拓扑改变时刻串行接口时序相结合，这能促使对侧网络故障信息及时反映到本侧网络计算中，即通过实时更新等值电源参数计及机电子系统的动态特性变化。针对故障期间由于系统波动及接口时间间隔、接口数据交换给电磁暂态计算带来的小干扰问题，接口模块中采用线性插值处理进行了有效解决。计及纯电磁仿真模型中简单等值处理所引起的误差，并考虑交流电网机电暂态过程的相关影响，混合仿真计算结果应比纯电磁计算具备更高的准确性。５结论基于ＡＤＰＳＳ，本文给出了江城高压直流输电工程机电一电磁混合仿真模型的构建方法，并针对交流系统母线单相接地故障，研究比较了混合模型与纯电磁模型的输出特性差异。仿真结果表明：两模型的仿真曲线在故障期问的动态变化趋势上呈现一致性，而在具体波动幅度及时长上存在差别。计及混合仿真接口的计算原理特性，混合建模方法是有效的，其相比纯电磁模型能更准确地反映直流系统的动态运行特性，从而增强了仿真模型的精确度。受当前仿真计算版本所限，直流控制系统模型中暂不可以添加直流保护动作策略，对于触发等待、紧急移相等环节需利用白定义模型的方式来建立，现有直流输电模型尚不能真实模拟涉及到保护动作的故障工况，例如直流输电线路接地故障等。待仿真软件更新升级后，拟对控制模型进行完善，增加保护策略、无功功率控制等，由此可更深入全面地进行故障仿真研究，分析交直流系统的相互作用特性。参考文献［１］赵畹君．高压直流输电工程技术【Ｍ】．２版．北京：中国电力出版社，２０１１．ＺＨＡＯＷａｎ￣ｕｎ．ＨＶＤＣｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｒｅｓｓ，２０１１．［２］黄志岭，田杰．基于详细直流控制系统模型的ＥＭＴＤＣ—仿真［Ｊ］＿电力系统自动化，２００８，３２（２）：４５４８．ＨＵＡＮＧＺｈｉ－ｌｉｎｇ，ＴＩＡＮＪｉｅ．ＥＭＴＤＣｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｂａｓｅｄｏｎｄｅｔａｉｌｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｏｆＨＶＤＣｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（２）：４５－４８．［３］刘永浩，蔡泽祥，李爱民．ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ白定义建模及在直流线路保护中的应用【ＪＪ．电力系统保护与控—制，２０１１，３９（９）：１１９１２４．—ＬＩＵＹｏｎｇ－ｈａｏ，ＣＡＩＺｅｘｉａｎｇ，ＬＩＡｉ－ｍｉｎ．Ｔｈｅｕｓｅｒ－ｄｅｆｉｎｅｄｍｏｄｅｌｏｆＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（９）：ｌ１９．１２４．［４］于占勋，朱倩茹，赵成勇，等．高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）含直流馈入的山东电网ＥＭＴＤＣ建模与仿真［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，—３９（２４）：５８６４．——ＹＵＺｈａｎｘＨｎ，ＺＨＵＱｉａｎｒｕ，ＺＨＡＯＣｈｅｎｇ－ｙｏｎｇ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＨＶＤＣｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｏｎＡＣｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐａｒｔｏｎｅ：ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ—ＳｈａｎｄｏｎｇｇｒｉｄｗｉｔｈＤＣｆｅｅｄｉｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥＭＴＤＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（２４）：５８－６４．［５］赵学强．基于ＲＴＤＳ的直流输电系统电磁暂态建模和—实时仿真研究［Ｊ］．华东电力，２００８，３６（７）：４６５０．ＺＨＡＯＸｕｅ・ｑｉａｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇ—ａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＨＶＤＣｂａｓｅｄｏｎＲＴＤＳ［Ｊ］．—ＥａｓｔＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００８，３６（７）：４６５０．［６］洪潮．直流输电系统换相失败和功率恢复特性的工程实例仿真分析［ＪＪ＿南方电网技术，２０１１，５（１）：１－７．ＨＯＮＧＣｈａｏ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅａｎｄｐｏｗｅｒｒｅｃｏｖｅｒｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａｎａｃｔｕａｌＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＳｏｕｔｈｅｒｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，５（１）：１－．［７］田芳，李亚楼，周孝信，等．电力系统全数字实时仿真—装置［ＪＪ．电网技术，２００８，３２（２２）：１７２２．．１４２一电力系统保护与控制—ＴＩＡＮＦａｎｇ，ＬＩＹａ・ｌｏｕ，ＺＨＯＵＸｉａｏｘｉｎ，ｅｔａ１．Ａｄｖａｎｃｅｄｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３２（２２）：１７－２２．［８］朱韬析，毛海鹏，欧开健．天广直流输电系统直流站控设计缺陷分析【Ｊ１．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２）：８６．８９．——ＺＨＵＴａｏｘｉ，ＭＡＯＨａｉｐｅｎｇ，ＯＵＫａｉ－ｊｉａｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｌｄｅｆｅｃｔｉｎｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｕｓｅｄｉｎ—ＴｉａｎＧｕａｎｇＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２）：８６８９．［９］赵军，曹森，刘涛，等．贵广直流输电工程直流线路故障重启动策略研究及优化［Ｊ］．电力系统保护与控制，—２０１０，３８（２３）：ｌ２６１３２．ＺＨＡＯＪｕｎ，ＣＡＯＳｅｎ，ＬＩＵＴａｏ，ｅｔａ１．ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｎＤＣｌｉｎｅｆａｕｌｔｒｅｃｏｖｅｒｙｓｔｒａｔｅｇｙｕｓｅｄｉｎ—ＧｕｉＧｕａｎｇＨＶＤＣｐｒｏｊｅｃｔ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２３）：１２６－１３２．［１Ｏ］田芳，宋瑞华，周孝信，等．全数字实时仿真装置与直流输电控制保护装置的闭环仿真方法［Ｊ１．电网技术，—２０１０，３４（１１）：８１８６．—ＴＩＡＮＦａｎｇ，ＳＯＮＧＲｕｉｈｕａ，ＺＨＯＵＸｉａｏ－ｘｉｎ，ｅｔａ１．—ＭｅｔｈｏｄｆｏｒｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｏｒａｎｄＨＶＤＣｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，—３４（１１、：８１８６．［１１］岳程燕．电力系统电磁暂态与机电暂态混合实时仿真的研究【Ｄ］．北京：中国电力科学研究院，２００４．—ＹＵＥＣｈｅｎｇｙａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ—ｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｒｅａｌｔｉｍｅｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，２００４．［１２］柳勇军，梁旭，闵勇，等．电力系统机电暂态和电磁暂态混合仿真接口算法［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（１１１：４４－４８．ＬＩＵＹｏｎｇ－ｊｕｎ，ＬｌＡＮＧＸｕ，Ｍ１ＮＹｏｎｇ，ｅｔａ１．Ａｎｉｎｔｅｒｆａｃｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００６，３０（１１）：—４４４８．［１３］石访．基于ＦＡＳＴＥＳＴ和ＥＭＴＤＣ的电力系统机电暂态与电磁暂态混合仿真【Ｄ］．南京：国网电力科学研究院，２００９．ＳＨＩＦａｎｇ．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ－ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＦＡＳＴＥＳＴａｎｄＥＭＴＤＣ［Ｄ］．Ｎａｎｊｉｎｇ：ＳｔａｔｅＧｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，２００９．［１４］朱旭凯，周孝信，田芳，等．基于电力系统全数字实时仿真装置的大电网机电暂态一电磁暂态混合仿真ｆＪ］．电网技术，２０１１，３５（３）：２６．３１．——ＺＨＵＸｕｋａｉ，ＺＨＯＵＸｉａｏｘｉｎ，ＴＩＡＮＦａｎｇ，ｅｔａ１．Ｈｙｂｒｉｄ—ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｔｒａｎｓｉｅｎｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＡＤＰＳＳ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，３５（３）：—２６３１．［１５］国建宝．宁东直流输电对山东电影响的仿真研究【Ｄ］．济南：山东大学，２００９．—ＧＵＯＪｉａｎｂａｏ．ＳｔｕｄｉｅｓｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＮｉｎｇｄｏｎｇｏｎＳｈａｎｄｏｎｇＰｏｗｅｒＧｒｉｄ［Ｄ］．Ｊｉｎａｎ：ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９．［１６］肖遥，李小平，胡斌，等．滤波器调谐ｌＪ１．湖北电力，２００３，２７（Ｓ）：１５－１９．—Ｘ１ＡＯＹａｏ，ＬＩＸｉａｏｐｉｎｇ，ＨＵＢｉｎ，ｅｔａ１．Ｆｉｌｔｅｒｔｕｎｉｎｇ［Ｊ］．—ＨｕｂｅｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００３，２７（Ｓ）：ｔ５１９．［１７］徐政．交直流电力系统动态行为分析【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００５．—ＸＵＺｈｅｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＡＣＤＣｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ，２００５．［１８］刘张，杨洪耕，志林，等．高压直流输电系统短路比在线估计［Ｊ】．电力科学与¨—［程，２０１２，２８（３）：２７３２．——ＬＩＵＺｈａｎｇ，ＹＡＮＧＨｏｎｇｇｅｎｇ，ＤＩＮＧＺｈｉｌｉｎ，ｅｔａ１．ＯｎｌｉｎｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｒａｔｉｏｆｏｒＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，２８（３）：２７３２．［１９］牟善科，丁涛，顾伟，等．基于偏差校正的戴维南等值参数在线跟踪改进算法【Ｊ］．电力系统保护与控制，—２０１１，３９（２）：２３２８．—ＭＯＵＳｈａｎｋｅ，ＤＩＮＧＴａｏ，ＧＵＷｅｉ，ｅｔａ１．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄ—ａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｏｎｌｉｎｅｔｒａｃｋｉｎｇＴｈｅｖｅｎｉｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（２）：２３２８．［２０］岳程燕，田芳，周孝信，等．电力系统电磁暂态一机电—暂态混合仿真的应用【Ｊ】．电网技术，２００６，３０（１１）：１５．——ＹＵＥＣｈｅｎｇｙａｎ，ＴＩＡＮＦａｎｇ，ＺＨＯＵＸｉａｏｘｉｎ，ｅｔａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｂｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ—ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，３０（１１）：１－５．—收稿Ｅｔ期：２０１２－０８１７；修回日期：２Ｏｌ２－１Ｏ一１７作者简介：陈磊（１９８２－），男，博士，在站博士后，主要从事电力系统数字仿真研究分析工作；Ｅ．ｍａｉｌ：ｓｔｃｌｃｈｅｎ１９８２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ张侃君（１９７一），男，博士，高级工程师，主要从事电力系统继电保护与实时仿真研究工作；夏勇军（１９７８一），男，博士，高级工程师，主要从事电力系统继电保护与控制研究工作。