【摘 要】
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交直流混联电力系统的建设提升了我国电力系统大容量、长距离输电以及潮流灵活快速调节的能力,但采用晶闸管换流器（Line-Commutated Converter,LCC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current,HVDC）线路使得系统整体的动态特性变得非常复杂。在对交直流混联电力系统开展时域仿真时,HVDC系统内部的开关过程时变特性使得仿真模型的效率和精度难以兼顾。为了
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“大电网智能调度与安全预警关键技术研究及应用”（2017YFB0902600）；
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交直流混联电力系统的建设提升了我国电力系统大容量、长距离输电以及潮流灵活快速调节的能力,但采用晶闸管换流器（Line-Commutated Converter,LCC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current,HVDC）线路使得系统整体的动态特性变得非常复杂。在对交直流混联电力系统开展时域仿真时,HVDC系统内部的开关过程时变特性使得仿真模型的效率和精度难以兼顾。为了构建准确高效的HVDC系统电磁暂态仿真模型,用于大规模交直流混联电力系统的故障暂态特性分析,本文研究了HVDC系统的动态平均化建模方法,包括HVDC系统发生外部非对称故障和换流器内部故障下的动态平均化模型构建、接口设计,以及交直流混联系统的快速仿真建模方法。本文主要工作如下:（1）提出了考虑交流系统非对称工况的HVDC系统动态平均化建模方法。利用对称分量法获取交流非对称工况下换流母线电压的正负序分量,利用正负序分量的幅值和相角特征构建特征变量,并将其作为参数平均化方程组的自变量;基于对称分量法和傅里叶分解的思想,利用同步坐标系和平均化方法将换流器交流和直流端口电气量分解成多频次分量,并针对各分量单独构建其参数平均化方程;利用交流电流源-直流电压源接口形式作为外部交直流网络接口,建立12脉波换流器的动态平均化模型。最后,通过与采用开关电路模型的电磁暂态仿真对比验证了模型的准确性。（2）提出了考虑换流器内部异常工况的HVDC系统动态平均化建模方法。利用换流器正常和故障工作模式构建特征变量,并将其作为换流器参数平均化方程组的自变量,使得动态平均化模型能够考虑换流器内部故障工况;针对换相失败现象,构建判断换相失败发生的数值化判据,并结合故障时刻精确判定换相失败的开关以及参数平均化方程组切换的时刻。建立12脉波换流器的动态平均化模型,通过与采用开关电路模型的电磁暂态仿真对比,验证模型在仿真换流器内部故障及换相失败等换流器内部异常工况方面准确性接近开关电路模型,且在多换流器场景下显著提升了仿真效率。（3）提出了考虑HVDC系统故障仿真的动态平均化模型网络接口及参数方程软切换方法。对采用不同接口形式的动态平均化模型在稳态点进行线性化,分析其数值稳定性,并选择能够在整流和逆变模式下均能保证换流器平均化模型数值稳定性的接口形式;针对电流源接口数值刚性过大的问题提出带有补偿电流源的改进型接口;针对电流源接口形式在切换故障工况过程中存在电压过冲现象导致波形失真的问题,提出参数方程的软切换方法,提升了故障暂态仿真的准确性。（4）构建了用于快速仿真的交直流混联电力系统电磁暂态仿真模型。提出基于dq同步坐标系交流系统的等效电路构建方法,针对三相非对称电路推导其正负序耦合的dq等效电路,构成含有多条HVDC线路的交直流混联电力系统等效模型。测试结果表明所构建模型能够准确仿真交直流混联系统的连锁故障并有效提升求解效率,有望作为大规模交直流混联电力系统的在线分析工具。综上,本文研究了HVDC系统故障状态下的动态平均化建模方法,并利用动态平均化模型实现了交直流混联系统的连锁故障仿真,在保证仿真准确性的同时,有效提升了仿真效率。论文的研究成果可应用于交直流混联系统暂态安全在线分析及紧急控制策略的在线校验等,提升调度系统的在线分析能力。
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