技术领域
[0001] 本
发明涉及电气信息领域，尤其涉及一种LCC-HVDC谐波等效电路建模方法及装置。
背景技术
[0002] 高压直流(High voltage direct current，HVDC)输电系统由于输送容量大、距离远、损耗低等优点而被广泛投入使用，形成了交直流互联的复杂输电系统。由于常规直流输电系统(Line-commuted converter HVDC,LCC-HVDC)的换流器是非线性元件，在运行过程中相当于谐波源，会产生大量特征谐波与非特征谐波。而谐波通过换流器在交直流系统间相互调制后，可能会导致谐波放大，严重会造成系统崩溃。因此有必要深入研究HVDC输电系统的谐波等效电路，从而为研究谐波传递特性及
预防谐波不稳定奠定
基础。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明提出一种LCC-HVDC谐波等效电路建模方法及装置，主要解决
高压直流输电系统的产生大量谐波的问题。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0005] 一种LCC-HVDC谐波等效电路建模方法，包括以下步骤：
[0006] S1，进行直流侧谐波电路等效，生成6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0007] S2，通过S1所述的6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型，推导出12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0008] S3，使用平均电感Leqr代替换流器电感曲线的脉动电感，并在6脉动换流器的基础上通过所述平均电感Leqr求得12脉动换流器的等效漏感Leqr2。
[0009] 在一些实施方式中，S1具体为：根据6脉动换流器的
开关函数调制理论，整流站直流侧的交直流
电压与交直流
电流的关系描述为式(1)，
[0010] vdc＝Suava+Subvb+Sucvc
[0011]
[0012] 在一些实施方式中，S2具体为：设定所述12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型的两个
整流桥的开关函数分别如式(4)所示：
[0013]
[0014] 式(4)中，“a、b、c”的下
角标分别表示三相开关函数，直流侧总电压如式(5)所示，vdcy为换流桥1的直流电压，vdcΔ为换流桥2直流电压，vy和vΔ分别为与YNy0和YNd1相连的换流
变压器的二次相电压的列向量，SΔ为换流桥2的开关函数；
[0015] vdc＝vdcy+vdcΔ＝Syvy+SΔvΔ (5)。
[0016] 在一些实施方式中，S3具体为：所述平均电感Leqr的计算方法如式(6)所示，所述等效漏感Leqr2的计算方法如式(7)所示，
[0017]
[0018]
[0019] 式(6)和(7)中，L为换流变压器电感，μ为换相叠弧角。
[0020] 还提出一种LCC-HVDC谐波等效电路建模装置，
[0021] 第一处理器，用于进行直流侧谐波电路等效，生成6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0022] 第二处理器，用于所述的6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型，得到12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0023] 第三处理器，用于使用平均电感Leqr代替所述换流器电感曲线的脉动电感，并在6脉动换流器的基础上通过所述平均电感Leqr求得12脉动换流器的等效漏感Leqr2。
[0024] 本发明的有益效果为：本发明综合考虑换流器整流站变压器的漏感造成的换相过程，即计及换相过程的影响，分析全面，贴合实际工况，适用于6/12脉动换流器，抑制高压直流输电系统产生谐波。
附图说明
[0025] 图1为本发明
实施例的6脉动换流器原理图；
[0026] 图2为本发明实施例的12脉动换流器原理图；
[0027] 图3为本发明实施例的交流系统等值电路非换相期间和换相期间示意图；
[0028] 图4为本发明实施例的电感曲线示意图；
[0029] 图5为本发明实施例的6脉动换流器直流侧谐波等效电路示意图；
[0030] 图6为本发明实施例的HVDC系统等效电路示意图；
[0031] 图7为本发明实施例的高压直流输电系统模型示意图；
[0032] 图8为本发明实施例的6脉动HVDC系统直流电压计算值与仿真值对比示意图；
[0033] 图9为本发明实施例的12脉动HVDC系统直流电压计算值与仿真值对比示意图；
[0034] 图10为本发明LCC-HVDC谐波等效电路建模方法的
流程图。
具体实施方式
[0035] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0036] 实施例一
[0037] 如图10所示，本实施例提出了一种LCC-HVDC谐波等效电路建模方法，包括以下步骤：
[0038] S1，进行直流侧谐波电路等效，获取6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0039] 由图1可知6脉动换流器的结构原理，根据6脉动换流器的开关函数调制理论，整流站两侧的交直流电压与交直流电流的关系可描述为式(1)，
[0040] vdc＝Suava+Subvb+Sucvc
[0041]
[0042] 式(1)中，Vdc、idc分别为直流电压、电流；Va、Vb、Vc为换流变压器二次侧
三相电压；ia、ib、ic分别为换流变压器二次侧
三相电流；Sua、Sub、Suc为三相电压开关函数；Sia、Sib、Sic为三相电流开关函数，电压/电流的开关函数具体表达为式(2)，
[0043]
[0044] 式中，Au/ik是电压/电流开关函数的系数，具体见式(3)，θ是va的相角,α为触发角，μ为换相角。
[0045]
[0046] S2，通过S1中的6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型，推导出12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0047] 12脉动整流桥的示意图如图2所示，考虑到12脉动整流桥由两组6脉波整流桥组成，一组与YNy0变压器相连，另一组与YNd1变压器相连。Ly和LΔ分别是YNy0和YNd1变压器的电感。下标为“y”的v/ik(k＝A、B、C)表示与YNy0变压器相关的电压/电流；下标为“Δ”的v/ik(k＝A、B、C)表示与YNd1变压器相关的电压/电流。vdc1和vdc2分别是两个6脉冲整流桥的直流电压。
[0048] 设定12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型的两个整流桥的开关函数分别如式(4)所示：
[0049]
[0050] 式(4)中，“a、b、c”的下角标分别表示三相开关函数。由于电压和电流的
相位在通过YNd1变压器会移动30度，因此SΔ比Sy滞后30度。直流侧总电压由式(5)所示各换流桥的电压相加，其中vdcy为换流桥1的直流电压，vdcΔ为换流桥2直流电压；vy和vΔ分别为与YNy0和YNd1相连的换流变压器的二次相电压的列向量，Sy为换流桥1的开关函数，SΔ为换流桥2的开关函数。
[0051] vdc＝vdcy+vdcΔ＝Syvy+SΔvΔ (5)
[0052] 以6脉动整流桥为例，从换流器直流侧出口处看入交流系统，可以将其等效为一个谐波电压源与直流侧变压器等效漏电感的
串联电路。
[0053] 当换流器
母线的
无功功率充足时，换流母线可以看作是一个理想电源。换流器一般以2-3模式运行。在非换相期间两个
阀导通，如图3(a)所示；在换相期间三个阀导通，如图3(b)所示。
[0054] S3，使用平均电感Leqr代替电感曲线的脉动电感，并在6脉动换流器的基础上通过该平均电感Leqr求得12脉动换流器的等效漏感Leqr2。
[0055] 从直流侧看入交流系统时，换流器电感曲线如图4所示。为了简化计算，使用平均电感Leqr代替图4所示的脉动电感。Leqr的计算方法由式(6)给出。
[0056]
[0057] 在进行谐波电路等值时，谐波电压源按式(1)计算，换流变压器等效漏感按式(6)计算。因此，从直流侧看入交流系统时，等效电路可以由图5表示，其中vdcm是直流侧的实际测量电压。
[0058] 同时，逆变侧的变压器漏感可等效为Leqi。考虑了直流输电线路的阻抗后，图6给出了整个HVDC系统的等效电路图。其中，Rdc、Ldc、Cdc分别表示直流输电线路的
电阻、电感和电容。
[0059] 对于12脉动换流器，可以将其看作是两个串联的6脉动换流器。由于LΔ和Ly相等，因此变压器等效漏感Leqr2是Leqr的两倍，如式(7)所示。
[0060]
[0061] 式(6)和(7)中，L为换流变压器电感，μ为换相叠弧角。
[0062] 12脉动HVDC系统与6脉动HVDC系统的等效电路相比，在等效方法上有以下两个不同：3(a)谐波电压源的计算采用式(5)；3(b)变压器的等效漏感用式(7)代替。
[0063] 本发明基于开关函数调制理论，综合考虑换流器整流站变压器的漏感造成的换相过程，即计及换相过程的影响，分析全面，贴合实际工况，适用于6/12脉动换流器，抑制高压直流输电系统产生谐波。
[0064] 实施例二
[0065] 一种LCC-HVDC谐波等效电路建模装置，
[0066] 第一处理器，用于进行直流侧谐波电路等效，生成6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0067] 由图1可知6脉动换流器的结构原理，根据6脉动换流器的开关函数调制理论，整流站两侧的交直流电压与交直流电流的关系可描述为式(1)，
[0068] vdc＝Suava+Subvb+Sucvc
[0069]
[0070] 式(1)中，Vdc、idc分别为直流电压、电流；Va、Vb、Vc为换流变压器二次侧三相电压；ia、ib、ic分别为换流变压器二次侧三相电流；Sua、Sub、Suc为三相电压开关函数；Sia、Sib、Sic为三相电流开关函数，电压/电流的开关函数具体表达为式(2)，
[0071]
[0072] 式中，Au/ik是电压/电流开关函数的系数，具体见式(3)，θ是va的相角,α为触发角，μ为换相角。
[0073]
[0074] 第二处理器，用于所述的6脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型，得到12脉动换流器整流站直流侧的等效电路模型；
[0075] 12脉动整流桥的示意图如图2所示，考虑到12脉动整流桥由两组6脉波整流桥组成，一组与YNy0变压器相连，另一组与YNd1变压器相连。Ly和LΔ分别是YNy0和YNd1变压器的电感。下标为“y”的v/ik(k＝A、B、C)表示与YNy0变压器相关的电压/电流；下标为“Δ”的v/ik(k＝A、B、C)表示与YNd1变压器相关的电压/电流。vdc1和vdc2分别是两个6脉冲整流桥的直流电压。
[0076] 设定12脉动换流器整流站两侧的等效电路模型的两个整流桥的开关函数分别如式(4)所示：
[0077]
[0078] 式(4)中，“a、b、c”的下角标分别表示三相开关函数。由于电压和电流的相位在通过YNd1变压器会移动30度，因此SΔ比Sy滞后30度。直流侧总电压由式(5)所示各换流桥的电压相加，其中vdcy为换流桥1的直流电压，vdcΔ为换流桥2直流电压；vy和vΔ分别为与YNy0和YNd1相连的换流变压器的二次相电压的列向量，Sy为换流桥1的开关函数，SΔ为换流桥2的开关函数。
[0079] vdc＝vdcy+vdcΔ＝Syvy+SΔvΔ (5)
[0080] 以6脉动整流桥为例，从换流器直流侧出口处看入交流系统，可以将其等效为一个谐波电压源与直流侧变压器等效漏电感的串联电路。
[0081] 当换流器母线的无功功率充足时，换流母线可以看作是一个理想电源。换流器一般以2-3模式运行。在非换相期间两个阀导通，如图3(a)所示；在换相期间三个阀导通，如图3(b)所示。
[0082] 第三处理器，用于使用平均电感Leqr代替所述换流器电感曲线的脉动电感，并在6脉动换流器的基础上通过所述平均电感Leqr求得12脉动换流器的等效漏感Leqr2。
[0083] 从直流侧看入交流系统时，换流器电感曲线如图4所示。为了简化计算，使用平均电感Leqr代替图4所示的脉动电感。Leqr的计算方法由式(6)给出。
[0084]
[0085] 在进行谐波电路等值时，谐波电压源按式(1)计算，换流变压器等效漏感按式(6)计算。因此，从直流侧看入交流系统时，等效电路可以由图5表示，其中vdcm是直流侧的实际测量电压。
[0086] 同时，逆变侧的变压器漏感可等效为Leqi。考虑了直流输电线路的阻抗后，图6给出了整个HVDC系统的等效电路图。其中，Rdc、Ldc、Cdc分别表示直流输电线路的电阻、电感和电容。
[0087] 对于12脉动换流器，可以将其看作是两个串联的6脉动换流器。由于LΔ和Ly相等，因此变压器等效漏感Leqr2是Leqr的两倍，如式(7)所示。
[0088]
[0089] 式(6)和(7)中，L为换流变压器电感，μ为换相叠弧角。
[0090] 下面通过如图7所示高压直流输电系统模型对上述提供的LCC-HVDC谐波等效电路建模方法进行验证，图7所示高压直流输电系统模型为单极12脉动LCC-HVDC输电系统模型，设置在正常运行时，
整流器和逆变器的控制方式同CIGREBenchmark模型。
[0091] 通过对换流器出口直流电压的计算和仿真值的比较，可以判断所提出的开关函数模型和直流侧等效模型的准确性。
[0092] (1)6脉动换流器
[0093] 取上述模型的单个换流桥得到6脉动HVDC系统，在正常情况下，三相对称交流电压只包含基频电压，基频电压以60°的间隔依次触发。直流电压
波形对比如图8所示。
[0094] 同时，对直流电压进行傅里叶分解，得到主要谐波幅值的计算值与仿真值的对比，如表1所示。
[0095] 表1 6脉动HVDC系统直流电压主要谐波幅值
[0096]
[0097] (2)12脉动换流器
[0098] 对于正常情况下的12脉动HVDC系统，三相对称交流电压只包含基频电压，基频电压以30°的间隔依次触发。直流电压波形对比如图9所示。
[0099] 同时，对直流电压进行傅里叶分解，得到主要谐波幅值的计算值与仿真值的对比，如表2所示。
[0100] 表2 12脉动HVDC系统直流电压主要谐波幅值
[0101]
[0102] 由图8和图9可以看出，直流电压的波形大小、形状及变化趋势基本相似，说明计算结果具有较高的
精度。同时，表1和表2中列出了直流电压中主要谐波幅值的具体数值，计算结果与仿真结果基本一致，特征谐波误差较小，而
直流分量与仿真值完全一致，说明计算模型总体上是准确的，且在6脉动及12脉动的HVDC系统中均可得到应用。
[0103] 结果表明：所提的考虑两端换流变压器漏感的LCC-HVDC直流侧谐波等效电路能准确地模拟直流侧谐波特性。
[0104] 上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
