直流系统采用解析方法的交直流混联电力系统暂态仿真研究

The project aims at investigating the analytical method for computing the response of HVDC systems and its application in the transient process simulation of AC/DC hybrid power system. First, based on the electric circuit theory, the HVDC system model will be stablished considering different converter states. Since in different converter states, the dynamic HVDC model can be expressed by nonhomogeneous linear differential equations with constant coefficients, the response of HVDC system can be exactly computed by using analytical method. Then interface as well as the procedure between the analytical method and the numerical integration method will be formed for transient simulation of the AC/DC hybrid system. The exact model of the HVDC will be applied and response of HVDC will be exactly computed so that commutation failure will be correctly judged. The analytical method will not suffer from the excessive computational complexity caused by the small step of numerical integration and will be appropriate for transient simulation of AC/DC hybrid power system under symmetrical and unsymmetrical AC system fault.

本项目旨在研究基于解析法的直流系统响应计算，并与基于数值积分的交流系统机电暂态仿真相结合的交直流混联电力系统暂态仿真方法。首先根据电路理论，建立换流器在不同导通和关断状态下整个直流系统的数学模型。该模型为分时段的常系数非齐次线性微分方程组，因此能够通过解析计算得到其响应的精确解。进一步，建立直流系统解析解与交流系统数值解的接口以及解析方法和数值积分方法的迭代计算步骤，形成交直流混联电力系统暂态仿真的完整方案。基于该方法的交直流混联电力系统仿真，不需要对直流系统模型进行简化，不受电磁暂态仿真积分步长的限制，能够精确计算直流系统的响应并正确判断换相失败，适用于交流系统对称和不对称故障情况下交直流混联系统的暂态仿真。

在对电力电子设备进行暂态仿真中，一般多采用数值方法。这种方法不可避免的会存在截断误差。并且在对直流系统进行仿真中，需要通过插值得到换流阀电流过零点，这种情况可能带来数值振荡问题。而解析计算则没有这一类的问题。本项目研究基于解析法的直流系统响应计算，并与基于数值积分的交流系统机电暂态仿真相结合形成交直流混联电力系统暂态仿真方法。.首先根据电路理论，建立了换流器在不同导通和关断状态下整个直流系统的状态方程。在实际中，直流系统的数学模型为分时段的常系数非齐次线性微分方程组。通过引入虚拟变量，得到齐次线性微分方程组。然后，根据线性微分方程组解的解析表达式，得到直流一次设备系统响应的精确解。通过对控制系统进行变步长积分，得到换流器触发时刻的响应。对一次设备系统和控制系统进行交替求解，得到直流系统的稳态和暂态响应。进一步，建立了直流系统解析解与交流系统数值解的接口以及解析方法和数值积分方法的迭代计算步骤，形成交直流混联电力系统机电-电磁暂态仿真。.基于该方法不需要对直流系统模型进行简化，不受电磁暂态仿真积分步长的限制，能够精确计算直流系统的响应并正确判断换相失败，适用于交流系统对称和不对称故障情况下交直流混联系统的暂态仿真。