7.4一次系统的电磁暂态数学模型

图2高压直流输电一次系统的机电暂态数学模型

高压直流输电一次系统的电磁暂态数学模型采用基于时域瞬时值计算的基础元件搭建而成，由晶闸 管、缓冲电路构成阀臂元件，6个阀臂元件及触发脉冲发生器构成一组六脉动换流器，六脉动换流器、 换流变压器、直流线路、接地极线路、平波电抗器、交流/直流滤波器等进一步构成高压直流输电一次 系统的完整电磁暂态模型，见图

垫圈标准7.4.2阀臂元件模型及换相失败模拟

特高压直流输电单极一次系统的电磁暂态模型结构

阀臂电路采用可控硅开关模型，井考虑缓冲电路的影响， 其等值电路模型究图4。换流伐要考固 极限关断角，当阀电流过零后，关断角小于固有极限关断角则阀重新导通，并要通过插值或开关补偿 算法，提高对换流阀导通、关断发生时刻的仿真精度，避免引入开关动作误差。

说明： Tmin——阀固有极限关断时间，单位为秒（s） 一缓冲电路电阻，单位为欧姆（2)； Csc 缓冲电路电容，单位为微法（μF）

图4阀臂模型的电路结构

电磁暂态仿真直接模拟阀的换相过程，直流是否换相失败由每个阀臂来检测和判断。根据阀臂电流、 压波形的瞬时值，分别检测前序导通阀的阀电流过零时刻和反向电压过零时刻，两个过零时刻的时间 记为Toff。Tofr>Tmin，判定该阀可靠关断，承受正向电压时若无触发脉冲不导通；Tofr≤Tmin，判定该 臂恢复阻断失败，无论当前是否有触发脉冲，若承受正向电压即导通，且标记该阀臂所在换流器发生 换相失败，直到下次阀电流再次过零且恢复阻断能力为止。

7.4.3六脉动换流器模型

冲序列，对阀进行触发

冲序列，对阀进行触发

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图5六脉动换流器模型的电路结构

触发脉冲发生器基于控制系统输出的触发角，以换流器的换相电压自然过零点为相位基准，采用 间隔脉冲触发方式，在一个周期T内等距发出具有精确滞后α角的6个可控硅触发脉冲，即每T/6时 发出1个脉冲，其原理见图6。六脉动换流器模型应能模拟换流器闭锁、丢失触发脉冲和阀间短路等 流器故障形态。

发脉冲发生器功能原理示

为与基波周期T成正比的偏移电压，Vaise=k*T/6，k为任意常数； 为调节器输出的控制电压； Vromp一 一为时变上升电压，Vramp=k*4t，4t是从每次脉冲发生时刻算起的时间，k为任意常数 V,=Vaise+Ve 高压直流输电一次系统其它组成部分的电磁暂态数学模型见附录C

Vhaise 为调节器输出的控制电压； 一为时变上升电压，Vranp=k*4t，4t是从每次脉冲发生时刻算起的时间，k为任意常数； V, =Vbaise+Ve 高压直流输电一次系统其它组成部分的电磁暂态数学模型见附录C。

7.5控制系统的数学模型

高压直流输电控制系统的数模型组成究图/。包含9不模块：主控、低压限流控制、电流控制、 电压控制、电压恢复控制、关断角控制、整流侧最小触发角控制、换相失败预测、重启动控制。 在电磁暂态仿真中，还需要加入测量环节，采集电压、电流瞬时值，进行必要的滤波、惯性等环节 的处理，生成控制系统所需要的交直流有功功率、无功功率、频率、电压、电流等信号。

单位为兆瓦（MW）： 直流电流的指令值，单位为标么值（p.u.)； 整流侧与逆变侧的直流电流裕度，单位为标么值（p.u.）

直流输电控制系统数学构

主控的数学模型见图。其中，Mode为控制模式选择标志，可以选择为功率控制或电流控制方式， 为电流参考值（千安），Uarilt为直流电压的滤波值（千伏），To为滤波时间常数（秒），Udmin为滤波 下限幅（千伏），LR为直流电流的额定值（千安）

7.5.3低压限流控制的数学模型

低压限流控制的数学模型见图。其中，Udr为直流电压滤波值（p.u.），Udlow为电压低阅值（p.u.)， Jahigh为电压高阅值（p.u.），Tup为电压上升滤波时间常数（秒），Tan为电压下降滤波时间常数（秒），lomir 为最小电流指令（p.u.）。图中插值环节按照式（1）计算。

图9低压限流控制的数学模型

7.5.4电流控制的数学模型

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7.5.5电压控制的数学模型

图10电流控制的数学模型

7.5.6换相失败预测的数学模型

II电压控制的数学模型

换相失败预测的数学模型见图。Uaco为逆变侧换流母线电压初始稳态值（p.u.）。在机电暂态仿 中，Uac为换流母线电压的有效值；在电磁暂态仿真中，Uac采用换流母线三相电压瞬时值经过α/β变 求取，用于检测是否发生交流故障。△α为换相失败预测的输出角（度），GcCF为换相失败预测增益 KcF为启动电压阅值，TanCF为退出后输出角下降时间常数（秒）。参数GcF、KcF和TanCF可以通过逆 侧交流三相短路大扰动试验实测，见本标准第8.2条。

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7.5.7关断角控制的数学模型

图12换相失败预测的数学模型

关断角控制的数学模型见图13。Udio为理想空载直流电压（p.u.），按式（2）计算。d为换相电抗 p.u.），按式（3）计算。rer为关断角的参考值，amax为关断角控制的输出角（度）。k为伏安曲线 正常数。

7.5.8电压恢复控制的数学模型

图13关断角控制的数学模型

Uao=1.35U d.=0.95493x

变压器的漏抗，单位为标幺值（p.u.)，折算至变压

电压恢复控制的数学模型见图。kl、kz为两级启动阅值，k>kz，T为上升沿触发延时时间（秒）， T2为下降沿触发延时时间（秒），Flagurc为电压恢复控制启动标志，当电压恢复控制启动时将对电流控 制的触发角输出限幅进行修改，见本标准第7.5.11条。

7.5.9整流侧最小触发角控制的数学模型

图14电压恢复控制的数学模型

7.5.10重启动控制的数学模型

重启动控制按照式（4）计算触发角α

式中： aret 移相角，单位为度（°)； aires 重启动角，单位为度（°）： fret 重启动开始时刻，单位为秒（s)： Thret 移相保持时间，单位为秒（s)； 重启动保持时间，单位为秒（s)。

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图1整流侧最小触发角控制的数学模型

αret Tret ≤t< tret + thret Q= res trer + hrer St

Caret 移相角，单位为度（°)； Cres 重启动角，单位为度（°）： fret 重启动开始时刻，单位为秒（s)； thret 移相保持时间，单位为秒（s)； 重启动保持时间，单位为秒（s)。

7.5.11限幅的配合关系

电流控制、电压控制的输出限幅配合关系如下： a）当Flagure=0时，在整流侧，vdn取aram和5°的较大者，avup取amax，Adn取avca，Qup取amax。在 逆变侧，avdn取90°，avup取amax，dn取90°，Qup取avea; b）当Flagure=1时，逆变侧的adn与up同时取max，其他配合关系与Flagure=0的情况相同。

8高压直流输电模型参数的实测与校核

8.1实测与校核采用的试验数据

高压直流输电数学模型参数的实测与校核采用的试验数据主要来源 a）直流输电工程现场试验； b）直流输电控制保护装置联调试验： c）供应商提供的直流输电控制保护详细电磁暂态模型仿真结果。 上述三类试验数据均为准确数据，具有等价性。具备条件时，采用工程现场试验数据

8.1.2试验项目的设置

为整流侧换流母线三相瞬时性短路、逆变侧换流母线三相瞬时性短路和直流线路短路

8.2实测与校核的试验流程

9高压直流输电系统建模报告主要内容

.2建模参照标准和基本

9.4电力系统稳定计算用的高压直流输电系统模型

并指明各基准值。说明仿真计算程序和计算 条件，提供校核试 和校核偏差值

给出的结论及建议如下： a）给出所建立的模型和参数是否可用于电力系统稳定计算的结论： b）存在的问题和处理意见

包括本标准第5条规定的资料和数据。

A.1一次系统建模收资需求

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附录A （规范性附录） 高压直流输电系统机电和电磁暂态建模收资需求

在运的直流输电工程，应提供工程实际数据：规划、设计及建设阶段的直流输电工程，应提供工程 设计数据，建成投运后应更新为工程实际数据

A.1.2换流站主接线图

各直流工程一次系统的电磁暂态建模，需要换流站的主接线图，整流侧和逆变侧要分别提供。

整流侧和逆变侧分别按照表A.1搜集阀臂参数：

表A.1阀臀参数列表

整流侧和逆变侧要分别提供所采用的换流变压器的参数，列表见表A.2

整流侧和逆变侧要分别提供所采用的换流变压器的参数，列表见表A.2

表A.2换流变压器参数列表

A.1.5 交流滤波器

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表A.6直流线路参数列表

地极线路需提供参数列表见表A.7，整流侧和逆变侧接地极参数要分别提供 表A.7接地极引线参数列表

A.2控制保护建模收资需求

a）电磁暂态模型基于通用电磁暂态软件实现，控制特性与实际工程一致； b）控制保护模型功能模块至少包括表A.8所列举的模块，对输入输出逻辑做出详细解释： c）控制保护模型输出至少包括表A.9所列举的信号

表A.8仿真模型与框图中应包含的功能模块

表A.9仿真模型中要求输出的信号量

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A.3模型核验参考数据要求

直流机电和电磁暂态模型核验所需要的联调实验、系统调试数据需求如下： a) 数据包含实验方案说明、录波数据等相关资料，录波数据要求为原始数据，不得剪辑和降低采 样率： b 对经计算确定的交直流相互影响较为严重的情况，联调试验、系统调试所包含的试验项目在条 件允许的前提下应满足表A.10的要求； c联调试验数据，应采用试验后期控保逻辑及参数固定后所获得的试验数据。

表A.10模型校核所需要的试验项目

B.1一次系统模型说明

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高压直流输电一次系统的机电暂态计算方法

在电力系统稳定性研究中，直流换流器采用准稳态模型。其前提条件是假设换流母线电压为三相对 称的正弦波，因此一般采用交流正序电压计算， 高压直流输电的一次系统模型在直流侧将换流器等效为受控电压源，整流、逆变两个换流器与直流 线路联立求解；在交流侧将换流器等效注入电网的有功与无功功率。显然，是否发生换相失败将直接反 映在主回路的不同电路状态。

流器的理想空载直流电压与交流电压的关系如式（F

测绘标准3/2u ~1.35U Uaio

阀侧后的值，Udio为理想空载直流电压

式中α为整流侧换流器触发角，lar为整流侧直流电流，dxr为整流侧换相电抗。下标"r"表征整流 变量，下标"表征逆变侧变量，下同。如式（B.3）：

U.=Uaocosβ+d.l

由式（B.2）、（B.4）可见，直流电压实际上是一个与触发角相关的电压源与换相电抗压降之差 用一个串联形式的戴维南电路表示， 图B

装修软件图B.1换流器等值电路

直流线路模型采用电阻与电感串联电路。将整流器和逆变器分别表示为戴维南电路，直流输电线 连接两端的等值电路，形成完整的直流一次电路模型，见图B.2