直流输电模型和调节方式对暂态稳定
影响的统计研究吴红斌，丁明，李生虎(合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009)摘要：该文详细地模拟了直流系统中三种不同的计算模型、三种不同的调节方式和两种紧急控制措施；重点讨论了模型和调节方式对交直流混合电力系统暂态稳定性的影响，并以修改后的EPRI-36系统为例，借助于概率分析的方法，对各种模型和控制措施的作用进行了统计比较；讨论了在交直流混合系统中，采用不同的计算模型和调节方式对暂态稳定性可能出现的不同效果；证明了在交直流系统的理论计算和工程应用中，选择合理的直流模型、调节方式和控制参数的重要性。
关键词:电力系统；直流输电；模型；调节方式；暂态稳定性；概率分析1概述
随着直流输电技术的日益成熟和交直流混合输电工程的陆续投运，研究直流系统的模型及其调节方式对交直流混合系统暂态稳定性的影响显得尤为重要。在稳定研究中，直流系统主要采用的有稳态模型、准稳态模型和改进的准稳态模型^[1~3]。稳态模型是利用换流器的稳态方程，将直流系统与交流系统联系起来进行求解；准稳态模型则是充分考虑调节器本身的调节过程，将直流系统和交流系统分成不同的时间步长进行混合系统的稳定计算；而改进的准稳态模型则考虑了交流系统发生不对称故障时，换相电压不对称对换流器的影响。直流系统的调节方式主要有定电流­-定熄弧角调节、定延迟角­­-减额定电流调节、定延迟角­­-定超前角调节、定电流­­-定电压调节等。此外，对于直流系统，还有两种紧急控制措施：低电压限电流和重启动。采取不同的直流系统模型和调节方式，对交直流混合系统的稳定将产生很大的影响。
在电力系统研究中，概率分析方法根据电力系统扰动固有的随机性和复杂性对系统的暂态稳定性进行统计评估，弥补了确定性方法仅针对某些给定的场景进行暂稳定分析的局限性。因此，概率分析方法在电力系统中得到了广泛的重视^[4~6]，这些研究成果推动了概率稳定性理论研究和实用化的发展。
本文在基于非序贯蒙特卡罗仿真算法的基础上采用概率性评估框架，以修改后的EPRI-36节点系统为例，对直流系统采用不同数学模型、调节方式及参数的选择和紧急控制措施对交直流混合电力系统暂态稳定性的影响进行了大量的仿真研究和量化比较，并给出了详细的仿真结果。
2直流系统的模型和调节方式
2.1直流系统的模型
直流系统目前采用的数学模型^[1-3]有稳态模型、准稳态模型以及改进的准稳态模型，其物理接线如图1所示。在稳定计算中，无论直流系统采用何种模型，直流系统都将从交流系统中获得换流器交流电压，经过计算后，转换为有功、无功并代入到交流系统模型中，以完成交直流混合系统的稳定计算。
（1）直流系统的稳态模型
该模型根据直流系统的稳态公式来进行混合系统的稳定性计算，对于不同的调节方式，计算公式也不相同。具体的计算公式是在以下5个公式的基础上变换得到的（标幺值形式）：

（2）直流系统的准稳态模型
直流系统的准稳态模型是充分考虑到调节器本身的调节功能，并设置调节过程中的传递函数，以计算换流器的模型。
以定电流调节为例，其调节过程如图2所示，图中省去了低压限电流环节和电流定值限制环节。
图2中，直流系统调节器按照调节量是否大于整定值设计成正反2个方向，且各自具有不同的增益和时间常数，同时，调节器对大小不同的误差信号具有不同的限值。定电压调节、定熄弧角调节与定电流调节类似。（3）直流系统改进的准稳态模型
该模型考虑了在交流系统发生不对称故障时，换流器的三相电压不对称，从而通过傅立叶分解求出电流、电压的基波分量，将整流侧、逆变侧直流节点等值序阻抗与交流系统暂态稳定计算用的序网接口进行交直流混合系统的数字仿真计算，其调节系统与准稳态模型一致。
2.2直流系统的调节方式
直流系统的调节方式采用了定电流-定熄弧角、定延迟角-减额定电流、定延迟角­-定超前角、定电流-定电压等，以及两种直流系统的紧急控制措施：低压限电流和直流线路的重启动。
（1）调节方式1
定电流(CC)-定熄弧角(CEA)和定延迟角(CIA)-减额定电流(DCC)方式，该方式中2种模式之间相互转换的过程如图3所示。（2）调节方式2
定电流(CC)-定熄弧角(CEA)、定a­-定b、定延迟角(CIA)-减额定电流(DCC)的混合调节方式，该方式是在调节方式1的2种运行模式在相互转化的过程中存在一个过渡过程时，设置定a­-定b运行方式，此时电压-电流特性曲线上翘，如图4所示。
（3）调节方式3
定电流(CC)-定熄弧角(CEA)、定电流(CC)-定电压(CV)、定延迟角(CIA)-减额定电流(DCC)的混合调节方式，该方式是将整流侧仍按定电流调节，而逆变侧则按直流线路末端电压保持一定的方式进行调节。为了防止换相失败，逆变侧仍装有定d调节器，不过它只有在d<d₀时才进行调节，具体调节如图5所示。

（4）低压限电流措施
低电压限电流是直流输电系统常用措施，见图6所示，其中，D_v为低电压限值，当电压过低时可适当减小电流的整定值。
（5）直流线路重启动措施
直流线路重启动特性见图7。图中，k_i表示直流线路启动T_i时刻后的直流线电流整定系数。k_j表示直流线路启动T_j时刻后的直流线电流整定系数。
当计算中发现直流线路不能正常运行时，直流线路停运一周波后按启动特性重启动，当发生换相失败、3-4运行方式时，将触发角提前一定角度触发，如直流线仍不能正常运行，则将直流线按启动特性重启动。
3故障模拟及风险指标
3.1故障模拟
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