(高清版)GBT 40580-2021 高压直流输电系统机电暂态仿真建模技术导则

高压直流输电系统机电暂态仿真建模技术导则2021-10-11发布2022-05-01实施国家市场监督管理总局GB/T40580—2021前言 I 2规范性引用文件 3术语和定义 4总则 5资料和数据的准备 26高压直流输电系统机电暂态模型 27模型参数校核 58建模报告 6附录A(规范性)直流输电一次系统参数 7附录B(规范性)直流输电控制系统参数 附录C(规范性)直流输电一次系统的计算模型 附录D(规范性)限幅型直流输电控制系统模型 附录E(规范性)选择型直流输电控制系统模型 附录F(规范性)直流输电附加控制系统模型 附录G(资料性)模型参数校核的误差指标 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电力企业联合会提出。本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC446)归口。本文件起草单位：国家电网有限公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院有限公司、中国南方电网电力调度控制中心、南方电网科学研究院有限责任公司、国家电网公司华中分部、国家电网有限公司华东分部、国网辽宁省电力有限公司、国网陕西省电力公司、许继电气股份有限公司、南京南瑞继保电气有限公司。本文件主要起草人：宋新立、贺静波、刘涛、吴国旸、张怡、梅勇、苏寅生、彭忠、柏传军、潘晓杰、1高压直流输电系统机电暂态仿真建模技术导则本文件规定了电力系统机电暂态仿真分析计算用高压直流输电系统模型(简称“高压直流输电系统机电暂态模型”)的建立方法，包括资料和数据准备、模型建立和参数校核。本文件适用于采用电网换相换流器为核心的±400kV及以上电压等级、每站一个极由单个或两个12脉动换流器串联结构的直流输电系统建模，其他电压等级和不同主回路结构的直流输电系统可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T13498高压直流输电术语GB/T25843±800kV特高压直流输电控制与保护设备技术要求GB/T50789±800kV直流换流站设计规范DL/T277高压直流输电系统控制保护整定技术规程3术语和定义GB/T13498界定的以及下列术语和定义适用于本文件。高压直流输电系统机电暂态模型electromechanicaltransientmodelofHVDCtransmissionsystem基于交流系统基波序相量，模拟在交流系统对称和无畸变条件下高压直流输电系统自身动态特性及其与交流系统之间相互作用特性的模型。采用直流电压和关断角控制器的输出量作为直流电流控制器输出量限幅的直流输电控制系统模型。选择型控制系统模型controlmodelbasedonselecting通过比较直流电流、直流电压及关断角三种控制对象偏差量，选择被控对象的直流输电控制系统模型。4.1建立高压直流输电系统机电暂态模型。24.2收集直流输电一次系统、控制系统相关资料与参数，以及电磁暂态仿真、现场试验和实际运行数据，分析确定模型结构与典型参数，开展参数校核工作，确保模型与参数的准确性，形成建模报告。5资料和数据的准备5.1资料与数据的来源应根据直流输电工程所处阶段，向电网规划部门、设计单位、设备供货商、调试单位、电网调度运行部门等收集资料和数据。5.2资料与数据5.2.1一次系统模型参数应按附录A的格式提供，控制系统模型参数应按附录B的格式提供。5.2.2电网规划部门应提供直流输电系统类型、额定电压、直流功率和短路容量。5.2.3设计单位应提供直流输电系统成套设计书、换流站主接线图、一次系统设备参数及控制系统资料和数据，并应符合GB/T13498、GB/T50789的规定。5.2.4设备供货商应提供直流输电一次系统、控制系统的电磁暂态模型、参数和使用说明。模型应输出符合表B.26和表B.27的用于参数校核的标准信号，并应符合GB/T13498、GB/T25843和DL/T277的规定。5.2.5调试单位应提供系统调试方案、系统调试计算数据、试验录波数据和调试报告。5.2.6电网调度运行部门应提供用于模型参数校核的故障录波及对应电网数据。5.3标幺值5.3.1除非特别标识，控制系统模型变量和参数(除角度外)均应为标幺值。5.3.2交流系统与直流系统宜采用不同的基准值。5.3.3交流系统容量基准值Sg为系统基准容量，换流母线电压基准值U。为该电压等级交流电压基准值，换流母线电流基准值Ip应为Sg/(√3U)。5.3.4换流变压器参数以交流系统容量SB为基准值。5.3.5直流电压的基准值Ua为设计单极额定直流电压，直流电流基准值Ia为设计单极额定直流电流，直流功率基准值Pa为设计单极额定直流功率。6高压直流输电系统机电暂态模型6.1一般规定模型建立的流程至少应包括收集资料、确定一次系统模型、选用控制系统模型和配置模型参数。当实际工程模型与本文件模型结构不一致时，宜选择与实际工程结构最为接近的模型，并通过参数调整使外特性满足误差要求，或采用自定义模型。6.2模型组成6.2.1模型应由一次系统模型、控制系统模型组成，如图1所示。6.2.2一次系统应由主回路、无功补偿装置组成，主回路应包括换流变压器、换流器、平波电抗器和直流输电线路，模型应符合6.3.1的规定；无功补偿装置中的交流滤波器模型应符合6.3.2的规定。6.2.3控制系统模型应包括基本控制系统和附加控制系统模型，基本控制系统模型应按照6.4的规定，根据实际工程选用相应类型，可分为限幅型和选择型；附加控制系统模型应符合6.5的规定。3一次系统一次系统装置t基本控制系统(限幅型、选择型)AP附加控制系统f无功补偿装置List,fK;%'P;jQiTF标引序号说明：——整流侧、逆变侧有功功率；——整流侧、逆变侧无功功率；——整流侧、逆变侧直流电压；——整流侧、逆变侧直流电流；——整流侧、逆变侧输出触发角；f,、f;——整流侧、逆变侧换流母线频率；K,%、K;%——整流侧、逆变侧分接头挡位；△P——附加控制系统的功率调制输出量；图1模型组成6.3一次系统模型6.3.1主回路可根据连接形式，分为两端直流、多端直流(串联型、并联型),模型采用等值电路表示，包括正常换相计算模型和换相失败计算模型，并应符合附录C的规定。6.3.2交流滤波器模型在机电暂态仿真中可简化为电容器。6.4基本控制系统模型6.4.1限幅型控制系统模型组成如图2所示。除附加控制外，宜包括电流指令计算、低压限流控制、功率转移控制、极电流过负荷限制、电流控制、电压控制、换相失败预测、关断角控制、电压恢复控制、整流侧最小触发角控制、重启动控制、触发角限幅配合、分接头控制、无功与交流电压控制等模块。各模块模型应符合附录D的规定。4P一交流系统交流电压控制_9无功补偿分接头控制功率转移控制极电流过负荷限制f'mtgI/MasI₄整流侧最小触发角控制换相失败预测换相失败预测低压限流控制Ifin电压控制电压恢复控制B电流控制体jn:Sir:电流控制低n:MaxfaormFoguc触发角agsHluk重启动控制I。—-直流电流的指令值；△P——附加控制系统的功率调制输出量；PRd——直流功率参考值；I₀₁——输入过负荷环节的直流电流指令值；I₀mx—-过负荷环节输出的直流电流指令上限；I₀Im—-经过低压限流控制后的电流输出值；U₄——直流电压；α——触发角；△a换相失败预测输出角a——关断角控制的输出角；amml——整流侧最小触发角控制的输出角；αst——重启动控制输出的触发角；αva——电压控制的输出触发角：aMis——电流控制积分环节输出下限αimMax—-触发角上限；Flag——移相标志；Flag——重启动标志；Flagu——电压恢复控制启动标志；K%——分接头挡位；Q——换流站向交流系统输送的无功功率；P——整流侧直流功率；γ——关断角。图2限幅型控制系统模型组成6.4.2选择型控制系统模型组成如图3所示。除附加控制外，宜包括电流指令计算、功率转移控制、电测、触发角控制、重启动控制、分接头控制、无功与交流电压控制等模块。各模块模型应符合附录E的规定。5装置无功与Q-分接头控制AP/补偿/ams极电流限制C(ll控制换相失败预测/sπim选择型闭环选择型闭环控制器&-n?Q₁1Q₁1控制仅标引序号说明：U——交流电压；U₄——直流电压；UaRe——直流电压参考值；Umarin——直流电压裕度；PaRef——直流功率参考值；△P——附加控制输出的功率参考值；I。——直流电流的指令值；Promop——来自对极的功率值；In——经过极间功率转移功能后的电流参考值；Ie——经过电流裕度补偿后的电流参考值；Ipa——经过极电流限制之后的电流参考值；Ipelos——对站极电流限制功能输出值；Io——经过电流指令协调后的直流电流指令值；Iotim——经过低压限流控制后的电流输出值；I₄——直流电流；α——触发角指令；apt——选择型闭环控制输出的触发角；cosamx——经过关断角控制输出的触发角余弦值；△γ——换相失败预测输出的关断角参考值增量；Udo——理想空载电压；γf——关断角参考值；Qnte——无功控制量；K%——分接头挡位；Q——换流站向交流系统输送的无功功率；P——整流侧直流功率；图3选择型控制系统模型组成6.5附加控制系统模型附加控制宜包括频率控制、低频振荡阻尼控制和直流功率调制等。模型应符合附录F的规定。67模型参数校核7.1应对直流输电控制系统模型参数进行校核。基于直流工程规划阶段的设计参数，在控制保护装置联调试验、现场试验和调度运行阶段应采用相应阶段的数据对模型参数进行校核。7.2参数校核宜采用下列步骤：a)根据直流工程投产阶段及试验条件，选取合适的数据来源，收集相应试验数据；b)根据试验项目及试验数据，将仿真结果与之对比，评价误差；c)分析误差产生的原因，调整相关参数，最终确定模型参数。7.3参数校核试验项目应包括下列内容：b)短路试验，包括整流侧、逆变侧换流母线三相瞬时性短路，短路持续时间△t。7.4参数校核数据来源应包括下列内容：a)控保联调阶段，直流输电控制保护装置功能试验与动态性能试验(联调试验)数据；b)现场试验阶段，直流输电工程现场试验数据；c)调度运行阶段，厂家提供的与实际工程一致的动态性能试验数据或电磁暂态模型，调度运行部门提供的实际运行录波数据。7.5校核参数应符合下列规定：a)功率控制环节参数根据直流功率阶跃试验数据校核；b)电流控制环节参数根据直流电流阶跃试验数据校核；c)电压控制环节参数根据直流电压阶跃试验数据校核；d)整流侧最小触发角控制环节参数根据整流侧换流母线三相瞬时性短路试验数据校核；e)换相失败预测环节参数根据逆变侧换流母线三相瞬时性短路试验数据校核；f)低压限流控制环节参数根据换流母线三相短路试验数据校核。7.6参数校核时，误差评价指标可采用平均误差和最大误差。误差计算扰动区间选取、计算方法和误差评价标准见附录G。8建模报告建模报告应包括但不限于下列内容：b)建模标准和基本方法；c)直流工程设计单位和直流设备供货商提供的模型和设计参数；d)电力系统机电暂态稳定计算用的直流输电系统模型和参数，并指明基准值，说明仿真计算用程序和计算条件，提供校核试验波形和仿真计算波形，提供校核误差评价指标；e)结论及建议包括下列内容：1)模型校核内容，并确保结果准确性；2)给出模型和参数及可用于电力系统稳定计算的结论；3)列出存在问题和处理意见。f)本文件第5章规定的资料和数据。7(规范性)直流输电一次系统参数A.1概述已投运的直流输电工程，应提供工程实际数据；规划、设计和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.2系统运行参数根据实际工程情况，按照表A.1的格式提供系统运行参数。表A.1系统运行参数序号参数名称单位数值备注1换流站接入交流系统额定运行电压2换流站接入交流系统最高稳态电压3换流站接入交流系统最低稳态电压4换流站接入交流系统额定频率Hz5直流正送额定运行电压6直流正送额定运行电流A7直流正送额定运行功率MW8直流正送降压70%运行电压9直流正送120%功率运行电流A直流正送120%功率运行电压直流反送80%功率运行电流A直流反送80%功率运行电压A.3换流变压器参数按照表A.2的格式分别提供各换流站所采用的换流变压器参数。表A.2换流变压器参数序号参数名称单位数值备注1额定容量MV·A2交流侧额定线电压3阀侧额定线电压4短路电压百分比%5空载损耗8表A.2换流变压器参数(续)序号参数名称单位数值备注6空载电流百分比%7主抽头电压8抽头额定档位9抽头最高档位抽头最低档位抽头级差%长期运行电流A联结方式变压器饱和相关参数A.4交流滤波器参数提供各换流站交流滤波器的类型、电路结构图，并按照表A.3的格式提供交流滤波器参数。表A.3交流滤波器参数序号参数名称单位数值备注1组数2单组容量Mvar3高端电阻R₁Ω4低端电阻R₂Ω5高端电感L₁6低端电感L₂7高端电容C₁8低端电容C₂A.5无功补偿装置参数序号参数名称单位数值备注类型2组数3单组容量Mvar4电压等级9表A.5换流器参数序号参数名称单位数值备注1阀通态压降2阀最小关断时间限制3相对阻性压降d4理想空载直流电压UaioA.7平波电抗器参数表A.6平波电抗器参数序号参数名称单位数值备注1单站极线平波电抗器电感L2单站中性线平波电抗器电感L提供各换流站直流滤波器的类型、电路结构图，并按照表A.7的格式提供直流滤波器参数。表A.7直流滤波器参数序号参数名称单位数值备注1组数2单组容量Mvar33Ω4低端电阻R₂Ω5高端电感L₁mH6低端电感L₂mH7高端电容C₁8低端电容C₂A.9直流线路参数提供直流线路的杆塔几何结构，并按照表A.8的格式提供杆塔参数和线路实测参数。表A.8直流线路参数序号参数名称单位数值备注1线路长度2线路杆塔高度m3线路极间距m4线路弧垂m5地线条数6地线杆塔高度m7地线最大弧垂m8地线间水平距离m9线路分裂数分裂导线平均半径m分裂导线分布半径m分裂导线单位长度直流电阻地线平均半径m地线单位长度直流电阻直流线路单位长度电阻设计参数/实测参数直流线路单位长度电感mH/km设计参数/实测参数直流线路单位长度对地电容设计参数/实测参数A.10接地极线路参数提供接地极线路的杆塔几何结构，并按照表A.9的格式提供各换流站接地极线路的杆塔参数和实测参数。表A.9接地极线路参数序号参数名称单位数值备注1线路长度2线路杆塔高度m3线路极间距m4线路弧垂m5地线杆塔高度m6地线最大弧垂m7线路单位长度直流电阻8线路平均半径m9地线单位长度直流电阻地线平均半径m序号参数名称单位数值备注直流线路单位长度电阻设计参数/实测参数直流线路单位长度电感mH/km设计参数/实测参数直流线路单位长度对地电容设计参数/实测参数(规范性)直流输电控制系统参数B.1概述控制系统参数应由设备供货商按表B.1～表B.25提供，包括限幅型控制系统、选择型控制系统、附加控制系统。在规划、设计及建设阶段，设计单位按表B.28提供控制参数。B.2限幅型控制系统参数限幅型控制系统各模块参数按照下列表格的格式提供：a)电流指令计算模型参数按表B.1提供；b)低压限流控制模型参数按表B.2提供；c)功率转移控制模型参数按表B.3提供；d)极电流过负荷限制模型参数按表B.4提供；e)电流控制模型参数按表B.5提供；f)电压控制模型参数按表B.6提供；g)换相失败预测模型参数按表B.7提供；h)关断角控制模型参数按表B.8提供；i)电压恢复控制模型参数按表B.9提供；j)整流侧最小触发角控制模型参数按表B.10提供；k)重启动控制模型参数按表B.11提供；1)触发角限幅配合模型参数按表B.12提供；m)分接头控制模型参数按表B.13提供；n)无功与交流电压控制模型参数按表B.14提供。表B.1电流指令计算模型参数序号符号参数名单位数值备注1直流电流指令值下限p.u.2电压滤波时间常数S3电流滤波时间常数S4T₂功率滤波时间常数S5UaMin电压滤波环节下限幅p.u.6直流电流基准值7Uan直流电压基准值表B.2低压限流控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1电压滤波时间常数S2最小电流指令p.u.3UaLw电压低阈值p.u.4UdHig电压高阈值p.u.表B.3功率转移控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1UaNm电压滤波环节下限幅2T₀电压滤波时间常数S3电压滤波时间常数S表B.4极电流过负荷限制模型参数序号符号参数名单位数值备注1过负荷计时电流门槛p.u.序号符号参数名单位数值备注1电流滤波时间常数S2直流电流裕度p.u.3Gain电流控制增益4K,电流控制比例增益5电流控制积分时间常数S序号符号参数名单位数值备注1整流侧直流电压参考偏移值2逆变侧直流电压参考偏移值3R线路电阻4滤波时间常数S5电压控制比例增益6电压控制积分时间常数S表B.7换相失败预测模型参数序号符号参数名单位数值备注滤波时间常数S2换相失败预测比例增益3启动电压阈值p.u.4T输入减小时的时间常数S5时间窗口宽度S序号符号参数名单位数值备注1滤波时间常数S2Yref关断角参考值3K增益系数序号符号参数名单位数值备注1启动阈值p.u.2k₂复归阈值p.u.3上升沿触发延时时间S4T₂下降沿触发延时时间s表B.10整流侧最小触发角控制模型参数序号符号参数名单位数值备注两级启动阈值2与K₁、K₂对应的第一级、第二级输出角度序号符号参数名单位数值备注移相保持时间s2重启动保持时间s3移相角04重启动角表B.12触发角限幅配合模型参数序号符号参数名单位数值备注1移相角2重启动角3整流侧最小触发角参考值4逆变侧最小触发角参考值表B.13分接头控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1触发角参考值2触发角死区值3Yref关断角参考值4Yab关断角死区值5Uaan直流电压死区值p.u.6T测量时间常数S7防频繁动作延时时间S表B.14无功与交流电压控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1t投切动作延时S2无功功率死区3无功功率参考值偏移量与有功功率的函数关系4交流母线电压死区5交流过电压参考值16USet2交流过电压参考值27交流过电压参考值38信号延时时间1S9信号延时时间2S信号延时时间3sUaHysUmax/Umin滞回参数UmaxLimUmx切交流滤波器参考值Umx允许投交流滤波器参考值UminlimUmin投交流滤波器参考值Umin允许切交流滤波器参考值B.3选择型控制系统参数选择型控制系统各模块参数按照下列表格的格式提供：a)电流指令计算模型参数按表B.15提供；b)功率转移控制模型参数按表B.16提供；c)电流裕度补偿模型参数按表B.17提供；d)极电流限制模型参数按表B.18提供；e)低压限流控制模型参数按表B.2提供；f)选择型闭环控制器模型参数按表B.19提供；g)关断角控制模型参数按表B.20提供；h)换相失败预测模型参数按表B.21提供；i)触发角控制模型参数按表B.22提供；j)重启动控制模型参数按表B.11提供；k)分接头控制模型参数按表B.13提供；1)无功与交流电压控制模型参数按表B.14提供。表B.15电流指令计算模型参数序号符号参数名单位数值备注1滤波时间常数S2UaMa电压滤波环节上限幅p.u.3UaMin电压滤波环节下限幅p.u.表B.16功率转移控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1电压滤波时间常数S2电压滤波时间常数S表B.17电流裕度补偿模型参数序号符号参数名单位数值备注电流裕度补偿死区值p.u.2积分时间常数s表B.18极电流限制模型参数序号符号参数名单位数值备注1秒级过负荷限制电流值p.u.2小时级过负荷限制电流值p.u.序号符号参数名单位数值备注1电流裕度p.u.2Umugin电压裕度p.u.3Yef关断角参考值p.u.4K,PI控制器比例增益p.u.5PI控制器积分时间常数S6Kg关断角增益序号符号参数名单位数值备注1Yref逆变侧设定的关断角参考值p.u.2k正斜率修正系数3换相电抗p.u.序号符号参数名单位数值备注1T₀电压滤波时间常数S2零序电压判据的启动值p.u.3电压幅值跌落的启动值p.u.4保持时间S5T₂脉冲展宽延时时间S6关断角参考值增量滤波时间常数S7关断角参考值增量参数序号符号参数名单位数值备注1强制移相角2强制移相角3小电流阈值p.u.4延时时间SB.4附加控制系统参数附加控制系统各模块参数按照下列表格的格式提供：a)频率控制模型参数按表B.23提供；b)低频振荡阻尼控制模型参数按表B.24提供；c)直流功率调制模型参数按表B.25提供。表B.23频率控制模型参数序号符号参数名单位数值备注1比例增益系数第1种结构2频率偏差死区第1种结构3时间常数S第1种结构4频率额定值第2种结构5频率下限值第2种结构6频率上限值第2种结构7T时间常数S第2种结构8频率偏差限值9功率限值表B.24低频振荡阻尼控制模型参数序号符号参数名单位数值备注频率测量时间常数S2T₁~Ts时间常数s3比例增益系数4频率偏差限值5MAX功率输出限值6频率偏差死区表B.25直流功率调制模型参数序号符号参数名单位数值备注1功率提升、回降的时间SB.5电磁暂态模型中要求输出的信号量设备供货商提供的用于参数校核的限幅型控制系统电磁暂态模型至少应给出表B.26所列的输出信号，选择型控制系统电磁暂态模型至少应给出表B.27所列的输出信号。表B.26限幅型控制系统模型中要求输出的信号量序号信号量名称备注1换流母线三相电压瞬时值2直流电压3直流电流序号信号量名称备注4交流电压最大持续值D.7中MAX-HOLD环节输出5交流电压最小持续值6直流电流滤波值7直流电流偏差8增益后直流电流偏差9电流控制比例输出电流控制积分输出触发角指令触发角置位值D.12中α直流电压指令电压控制输出触发角直流电流指令低压限流控制输出关断角参考值增量滤波环节输出换相失败预测输出整流侧最小触发角控制输出逆变侧关断角参考值逆变侧关断角最小值关断角控制电流偏差信号关断角控制角度偏差D.8中arccos环节输出关断角控制角度修正信号关断角控制输出整流侧与逆变侧触发角测量值逆变侧关断角测量值γ0控制输出触发角置位信号D.12中Flagset换流变分接开关挡位逆变侧最小换相裕度计算输出整流侧过电压限制触发角指令输出表B.27选择型控制系统模型中要求输出的信号量序号信号量名称备注1换流母线三相电压瞬时值2直流电压3直流电流4正序电压幅值5零序电压幅值6直流电流滤波值7直流电流指令8经过极间转移功能后的直流电流参考值9经过裕度补偿后的直流电流参考值经过极电流限制后的直流电流参考值经过电流指令协调后的直流电流参考值低压限流控制中直流电压滤波值经过低压限流控制后的直流电流参考值直流电流偏差直流电压偏差逆变侧实测关断角参考值逆变侧实测关断角偏差经过关断角控制输出的触发角余弦值换相失败预测输出选择型控制器输出E.7中cosa选择型控制器的上限、下限值选择型闭环控制输出的触发角E.7中αrefl经过关断角控制输出的触发角余弦值换相失败预测输出的关断角参考值增量触发角控制的输出B.6设计单位提供的控制系统参数设计单位按照表B.28的格式提供控制参数。表B.28设计单位提供的控制系统参数序号参数名单位数值备注1理想空载直流电压2额定触发角3额定关断角表B.28设计单位提供的控制系统参数(续)序号参数名单位数值备注4触发角的稳态控制范围5关断角的稳态控制范围6控制系统的最小限制角7秒级过负荷电流A8小时级过负荷电流A9长期过负荷电流A要求分组切除的最大电压要求分组投入的最小电压限制分组投入的最大电压限制分组切除的最小电压滤波器向上死区值Mvar滤波器向下死区值Mvar电容器向上死区值Mvar电容器向下死区值Mvar交流电压向上死区值交流电压向下死区值GB/T40580—2021(规范性)直流输电一次系统的计算模型C.1概述在电力系统稳定性分析中，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，采用交流正序电压计算。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为注入电网的有功和无功功率。直流是否发生换相失败根据主回路的不同电路状态确定。C.2主回路计算模型两端直流在正常运行状态下的模型采用等值电路表示，如图C.1所示，并按公式(C.1)计算。多端直流与两端直流的一次系统主回路建模方法基本一致，均采用等值电路表示。直流侧直流侧交流侧.Q交流侧FCincosuLj2/,j2Ydi标引序号说明：P,、P₁——整流侧、逆变侧有功功率，标幺值；Qr、Q₁——整流侧、逆变侧无功功率，标幺值；Ua、Uao;——整流侧、逆变侧理想空载直流电压，标幺值；α——整流侧触发角，单位为度(°);β——逆变侧触发超前角，单位为度(°);U₄、Uu——整流侧、逆变侧直流电压，标幺值；Iar、Iai——整流侧、逆变侧直流电流，标幺值；dx、dx——整流侧、逆变侧感性压降，标幺值；Ra/2——整流侧、逆变侧线路电阻，标幺值；La/2—-整流侧、逆变侧线路电感，标幺值；Lg、Lsi——整流侧、逆变侧平波电抗器电感，标幺值。图C.1两端直流输电主回路的模型C.3正常换相计算模型换流器的理想空载直流电压与交流电压的关系按公式(C.2)计算。GB/T40580—2021式中：Ua——理想空载直流电压，标幺值；…………(C.2)U——换流变系统侧线电压有效值折算到换流变阀侧后的值，标幺值。整流侧换流器出口处直流电压按公式(C.3)计算。Uar=U-cosadxla……(C.3)式中：Uar——整流侧直流电压，标幺值；U整流侧理想空载直流电压，标幺值；α——整流侧触发角，单位为度();dx——整流侧感性压降，标幺值，按公式(C.4)计算；Iar——整流侧直流电流，标幺值。………(C.4)式中：Xe——换相电抗，标幺值。逆变侧换流器出口处直流电压按公式(C.5)计算。Uai=Uo;cosβ+dlui……………(C.5)式中：U——逆变侧直流电压，标幺值；Uao;——逆变侧理想空载直流电压，标幺值；β——逆变侧触发角，单位为度(°);dxi——逆变侧感性压降，标幺值；Ia;——逆变侧直流电流，标幺值。根据公式(C.3)、公式(C.5),直流电压为与触发角相关的电压源和换相电抗压降之差，可用符合图C.2的串联形式戴维南电路表示。a)整流侧等效电路b)逆变侧等效电路图C.2换流器等值电路示意图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，直流输电线路连接两端的等值电路，形成完整的直流一次电路模型，如图C.1所示。图C.1中，线路电阻、电感平均分配在U。两侧，与平波电抗器、换相电抗共同形成对称形式，电路方程按公式(C.6)计算。GB/T40580—2021式中：对公式(C.7)两侧进行拉普拉斯变换，得到公式(C.8)。s——拉普拉斯算子。通过反变换可得到时域的Ia和Ue。在交流侧，根据功率守恒，注入交流电网的有功功率按公式(C.9)计算。P——注入交流电网的有功功率，标幺值；无功功率与功率因数相关，功率因数与换流器触发角、换相角和关断角等运行角度相关，按公式(C.10)计算。…………(C.10)Q——注入交流电网的无功功率，标幺值；P——注入交流电网的有功功率，标幺值；C.4换相失败计算模型发生换相失败时，逆变侧换流器同一相桥臂上的阀组同时导通，即换流器的直流母线短路，反映到主回路，直流侧电路状态如图C.3所示。GB/T40580—2021专标引序号说明：Uaor、Ui——整流侧、逆变侧理想空载直流电压，标幺值；α—-整流侧触发角，单位为度(°);β——逆变侧触发超前角，单位为度(°);Ua、Ua——整流侧、逆变侧直流电压，标幺值；I₄——直流电流，标幺值；dx、dxi——整流侧、逆变侧感性压降，标幺值；Ls、L。——整流侧、逆变侧平波电抗器电感，标幺值；R₄——线路电阻，标幺值；La——线路电感，标幺值。发生换相失败时，逆变侧失去调节能力，直流线路上的电流变化完全取决于整流侧换流器的调节特性，电路方程按公式(C.11)计算。(规范性)限幅型直流输电控制系统模型D.1电流指令计算模型电流指令计算模型如图D.1所示，根据设定的功率或者电流参考值、直流电压和电流测量值，计算得到电流指令；当电流控制转移到逆变站时，弥补与裕度定值相等的电流降落给电流指令。标引序号说明：△P——附加控制输出的功率指令，标幺值；PfromOp——对极极间功率转移环节输出，标幺值；——直流电压，标幺值；UaFihOpI₄——直流电流，标幺值；IoMax——过负荷环节输出的直流电流指令上限，标幺值；I。₁——输人过负荷环节的直流电流指令值，标幺值；I。——经过电流裕度补偿后的直流电流指令值，标幺值；图D.1电流指令计算模型——拉普拉斯算子；BC_Mode——本极双极功率控制方式标志，1为本极处于双极协调控制模式，0为单极独立运行；BC_Mode_BP—-本极与对极均处于双极功率控制方式标志，1为双极均处于双极协调控制模式，0为双极中有一极或两极处于单极独立运行；P_ModePefBpPdcRefI——功率控制方式标志，1为功率控制模式，0为电流控制模式；UaNin——电压滤波环节下限幅，标幺值；I₀Min——直流电流指令值下限，标幺值；T。——电压滤波时间常数，单位为秒(s);T₁——电流滤波时间常数，单位为T₂——功率滤波时间常数，当Promop小于0时，该值取0,单位为秒(s)。图D.1电流指令计算模型(续)D.2低压限流控制模型低压限流控制模型如图D.2所示，根据预设定的特性曲线，由直流电压和电流测量值，对电流指令进行限幅。标引序号说明：图D.2低压限流控制模型图D.2中插值环节按公式(D.1)计算。GB/T40580—2021………………(D.1)功率转移包括极间、站间、多回直流间功率转移等。其中，极间功率转移控制模型如图D.3所示，当一极处于双极功率控制模式时，对极发生功率损失或受限应将功率转移至本极，以减小功率损失。站间和多回直流间功率转移控制模型可参照执行。标引序号说明：UaFuop——对极滤波后的直流电压，标幺值；U₄I。经过电流裕度补偿后的直流电流的指令值(电流指令计算环节输出),标幺值；Pwop——转移给对极的功率，标幺值；Uaru——滤波后的直流电压，标幺值；S—-拉普拉斯算子Flag移相标志，1为移相过程，0为正常运行；BC_MODE——双极控制模式选择，1为本极处于双极协调控制模式，0为单极独立运行；Pftp——直流输送双极功率的参考值，标幺值；T。——电压滤波时间常数，单位为秒(s);T₁——电压滤波时间常数，单位为秒(s);UaMn——电压滤波环节下限幅，标幺值。极电流过负荷限制模型如图D.4所示，根据主设备的过负荷能力计算极电流的最大允许值，环境温度、阀厅温度假定为恒定，不考虑过负荷能力的恢复及多次过负荷。标引序号说明：Io₁——输入过负荷环节的直流电流指令值，标幺值；Flag——过负荷状态标识，1为过负荷，0为正常；Iomx—-过负荷环节输出的直流电流指令上限，标幺值；time-I——过负荷时间(单位为秒)-过负荷能力(标幺值)插值曲线；s——拉普拉斯算子；Iourer——过负荷计时电流门槛，标幺值。图D.4极电流过负荷限制模型电流控制模型如图D.5所示，采用PI控制通过调节触发角实现对直流电流的控制。标引序号说明：Iotim——经低压限流的电流指令，标幺值；α——输出触发角α,单位为度(°);amMm——触发角下限，由触发角限幅配合模型计算s——拉普拉斯算子；amMm——积分环节输出下限，由触发角限幅配合模型αmMax——触发角上限，由触发角限幅配合模型计算，Gain——电流控制增益；K。——电流控制比例增益；T;——电流控制积分时间常数，单位为秒(s);T₁——电流滤波时间常数，单位为秒(s);Imargn—-直流电流裕度，标幺值。D.6电压控制模型电压控制模型如图D.6所示，采用PI控制通过调节触发角实现对直流电压的控制。标引序号说明：a——电压控制的输出触发角，单位为度(°)αmx——关断角控制环节输出触发角，单位为度();——积分环节及PI环节输出下限，由限幅配合环节计算，单位为度(°);s——拉普拉斯算子；RECT——整流侧标志，1为整流侧，0为逆变侧；——直流电压参考值，标幺值；OFFSET——整流侧直流电压参考偏移值，标幺值；OFFSETmw——逆变侧直流电压参考偏移值，标幺值；T₁——滤波时间常数，单位为秒(s);K,——电压控制比例增益；T;——电压控制积分时间常数，单位为秒(s)。图D.6电压控制模型D.7换相失败预测模型换相失败预测模型如图D.7所示，通过检测交流换相电压的零序分量及幅值变化，预测换相失败，输出提前触发角度增量。o1.sY1+2A44XH(/./)7MAYHON.l)Y>A₁->Az—FYag₂16A1.1X01I+sT1十2标引序号说明：U₀—-逆变侧交流母线零序电压幅值，标幺值；UmS——拉普拉斯算子；Flag₁——接地故障动作标志，1为检测到交流侧接地故障，0为未检测到交流侧接地故障；Flag₂——故障标志，1为检测到交流侧故障，0为未检测到交流侧故障；MAXHOLD——获取T,时间窗口内的最大值并保持；T₁—-滤波时间常数，单位为秒(s);K₁、K₂——换相失败预测比例增益；TT——输入减小时的时间常数，输人增大时取0,单位为秒(s)。图D.7换相失败预测模型D.8关断角控制模型关断角控制模型如图D.8所示，根据关断角参考值、换相失败预测输出角度和换相叠弧角，计算输出触发角。GB/T40580—2021标引序号说明：I₄——直流电流，标幺值；拉普拉斯算子；IoLim—-经低压限流的电流指令，标幺值；K——增益系数；Ua——理想空载直流电压，标幺值；换相电抗，标幺值；△a——换相失败预测输出角，单位为度(°);————滤波时间常数，单位为秒(s);αmax——关断角控制的输出角，单位为度(°);——Y——Uao按公式(D.2)计算。Udo=1.35Ua…………(D.2)U——交流电压，标幺值。d、按公式(D.3)计算。xe——换流变压器的漏抗，标幺值。值，使逆变侧处于电压或者关断角控制，以迅速建立直流电压。T4T4&≥k₂—上升沿触发延时k₁—Flagu≤标引序号说明：U₄——直流电压，标幺值；Flague——电压恢复控制启动标志；k₁——启动阈值，标幺值；kg——复归阈值，标幺值；T₁——上升沿触发延时时间，单位为秒(s);T₂——下降沿触发延时时间，单位为秒(s)。D.10整流侧最小触发角控制模型整流侧最小触发角控制模型如图D.10所示，在交流故障时限制整流侧最小触发角。<<K₂—Flag₄降速限制00K₁-kyurnll<标引序号说明：Flag。——第一级低电压启动标志，1为启动，0为未启动；Flag,—-第二级低电压启动标志，1为启动，0为未启动；图D.10整流侧最小触发角控制模型重启动时序如图D.11所示，直流保护检测到线路故障以后，控制系统通过强制移相并且经过一定的放电时间后，按照设定的电压参考值重新启动，以维持直流系统运行。标引序号说明：Flagfuh——故障发生标志；Flag——移相标志；Flag——重启动标志；Flagend——重启动结束标志；tmah—--故障发生时刻，单位为秒tt——移相开始时刻，单位为秒(s);tws——重启动开始时刻，单位为秒(s);td——重启动结束时刻，单位为秒(s)thR——重启动保持时间，单位为秒(s)图D.11重启动控制模型GB/T40580—2021重启动控制按公式(D.4)计算触发角α,实现直流侧故障(如线路故障)的重启动。……(D.4)αet——输出触发角，单位为度(°):D.12触发角限幅配合模型限幅配合包括电流控制、电压控制和关断角控制环节输出的触发角之间的限幅配合关系，及换相失败预测、电压恢复控制、整流侧最小触发角控制和重启动控制环节对触发角输出的限幅配合关系，模型Flug ag)RFlug Ffagg0ra.MinkelMAXAALYGoonViiWrviRECT十ttrsMinkgZ10AaAIN图D.12触发角限幅配合模型标引序号说明：α—-电流控制的输出触发角，单位为度(°);amMn——电流控制积分环节输出下限，单位为度(“);amMi——触发角下限，单位为度();α——重启动控制输出的触发角，单位为度(°);Flag——移相标志，1为强制移相，0为未强制移相；Flags——触发角置位标志，1为采用重启动控制输出触发角，0为正常状态；Flag——重启动标志，1为重启动，0为未重启动；Flagu——电压恢复控制启动标志，1为电压恢复控制启动，0为未启动；RECT——整流侧标志，1为整流侧，0为逆变侧；图D.12触发角限幅配合模型(续)D.13分接头控制模型分接头控制模型如图D.13所示，通过调节分接头，保持触发角、关断角和直流电压在一定的范围内，有角度模式和电压模式两种。在角度模式下，通过角度测量值与参考值的偏差进行控制；在电压模式下，通过直流电压测量值与参考值的偏差进行控制。十→Yef-十Y→Xa:1><><1/1yda101(阀侧电压降低)分接头分接头挡位1(阀侧电压升高)RECFINI16K%+Ua1+sT><t标引序号说明：γ——关断角实际值，单位为度();K%——分接头挡位；—-拉普拉斯算子；REC/INV——整流侧/逆变侧，1为整流侧，0为逆变侧；γ/U₄——逆变侧控制模式选择，1为选择γ控制，0为U₄控制；——触发角参考值，单位为度(°)——触发角死区值，单位为度(°);YaYab——关断角死区值，单位为度(°);UareUan——直流电压死区值，标幺值；t₁——防频繁动作延时时间，单位为秒(s);T——测量时间常数，单位为秒(s)。图D.13分接头控制模型无功与交流电压控制根据无功参考值或交流电压参考值与测量值的偏差，输出无功控制量，按照控制方式的不同，分为无功控制、交流电压控制、交流过电压控制和交流电压限制控制四种，模型如GB/T40580—2021Qf·a)无功控制、交流电压控制口口1Decfhter1少Deefiter3>>b)交流过电压控制TFTFl:aslstHTEsahle0fC.[!infc)交流电压限制控制标引序号说明：INVFilter——投入滤波器指令；Q/U——控制方式选择，1为无功控制，0为交流电压控制；Decfilter1——切除滤波器组数1;Decfilter2——切除滤波器组数2;Decfilter3——切除滤波器组数3;DEC_Filter_Umax——Umx切交流滤波器；Enable_INC_Umax——Umx允许投交流滤波器；Enable_DEC_Umin——Umin允许切交流滤波器；f(P)——无功功率参考值偏移量与有功功率的函数关系；tUpfUaSetl——交流过电压参考值1,标幺值；US₂——交流过电压参考值2,标幺值；UaSet3 交流过电压参考值3.标幺值；UmiaLim图D.14无功与交流电压控制模型(续)(规范性)选择型直流输电控制系统模型E.1电流指令计算模型电流指令计算模型如图E.1所示，根据设定的功率或者电流参考值、直流电压和电流测量值，计算得到电流指令。标引序号说明：△P——附加控制输出的功率参考值，标幺值；Pef——功率参考值，标幺值；Uarh——直流电压的滤波值，标幺值；s——拉普拉斯算子；Mode——控制模式选择标志，Mode=1表示功率控制模式，Mode=0表示电流控制模式：PaRt——直流功率参考值，标幺值；Uamx——电压滤波环节上限幅，标幺值；T₀——滤波时间常数，单位为秒(s)。图E.1电流指令计算模型E.2功率转移控制模型功率转移包括极间、站间和多回直流间功率转移等。其中，极间功率转移控制模型如图E.2所示，当一极处于双极功率控制模式时，对极发生功率损失或受限应将功率转移至本极，以减小功率损失。站间和多回直流间功率转移控制模型可参照执行。Imoa——功率模式选择标志，取0为电流模式，取1为单极功率模式，取2为双极功率模式；Mode——控制模式选择标志，取0为电流控制模式，取1为单极功率控制模式，取2为双极功率控制模式；Imx—-过负荷电流限制，根据实际过负荷参数选Ipm——经过极间功率转移功能后的电流参考值，标幺值；$——拉普拉斯算子；图E.2极间功率转移控制模型E.3电流裕度补偿模型电流裕度补偿模型如图E.3所示，当电流控制转移到逆变站时弥补电流裕度引起的电流指令减小量。标引序号说明：Ipgt——经过极间功率转移功能后的电流参考值，标幺值；I₄——直流电流，标幺值；Ieme——经过电流裕度补偿后的电流参考值，标幺值；s——拉普拉斯算子；REC——整流模式信号，REC=1表示本站为整流站，REC=0表示本站为逆变站；Iemcbx——电流裕度补偿死区值，典型值为2%,标幺值；T₁——积分时间常数，电流裕度补偿的上限为0.1p.u.,单位为秒(s)。图E.3电流裕度补偿模型E.4极电流限制模型极电流限制模型如图E.4所示，根据主设备的过负荷能力计算最大允许电流值。将直流电流与阈值输入过负荷计算环节，可采用斜率发生器或反时限积分等方法实现过负荷计算，环节输出指令决定选择小时级或秒级过负荷限制电流值。lryff}:IMiNI₁标引序号说明：I₄——直流电流，标幺值；Imax——最大电流参考值，标幺值；Iems——经过电流裕度补偿后的电流参考值，标幺值；Ipa——经过极电流限制之后的电流参考值，标幺值；QU——过负荷计算的输出指令，1为小时级过负荷动作，0为小时级过负荷未动作；Ims——秒级过负荷限制电流值，标幺值；Imh——小时级过负荷限制电流值，标幺值。图E.4极电流限制模型E.5电流指令协调模型电流指令协调模型如图E.5所示，收集整流站和逆变站电流指令，整流站取较大值，逆变站取较小值，防止逆变站电流指令过大，电流裕度不足导致电流控制权转移。标引序号说明：I——经极电流限制后的电流参考值，标幺值；Ipelos——对站经极电流限制后的电流参考值，标幺值；Ior——经过电流指令协调后的直流电流指令值，整流站取大，逆变站取小；REC——整流模式信号，REC=1表示本站为整流站，REC=0表示本站为逆变站。图E.5电流指令协调模型E.6低压限流控制模型低压限流控制模型按照D.2的规定。E.7选择型闭环控制器模型选择型闭环控制器模型如图E.6所示，比较直流电压和电流的偏差值，在整流站取小、逆变站取大输入到PI控制器。其中，可变限幅的原理是根据当前直流电压或直流电流与设定阈值的比较结果，选择预设的限幅值。标引序号说明：IoLim——经过低压限流控制后的电流输出值，标幺值；U——电压偏差，标幺值；整流站选偏差较小值，逆变站选偏差较大值，电压控制器和电流控制器使用相同的PI控制器；fi(x)——电流转换函数；f₂(x)——电压转换函数；f₃(x)——关断角转换函数；cosama——积分控制上限值；cosamax——积分控制下限值；cosa——PI控制器的输出；αni——选择型闭环控制输出的触发角，单位为EN——积分器使能信号；Kg——关断角增益；K——比例增益；比较电流偏差、电压偏差和关断角偏差，在整流站，K。选择最小偏差所对应的控制模式比例增益参数；在逆对应的控制模式比例增益参数；(电流偏差对应电流控制模式，电压偏差对应电压控制模式，关断角偏差对应关断角控制模式)T;积分时间常数，单位为秒(s);比较电流偏差、电压偏差和关断角偏差，在整流站，T;选择最小偏差所对应的控制模式时间常数；在逆变站T;选择最大偏差所对应的控制模式时间常数；s——拉普拉斯算子；REC——整流模式信号，1为整流站，0为逆变站；Uaa——直流电压参考值，标幺值；图E.6选择型闭环控制器模型E.8关断角控制模型关断角控制模型如图E.7所示，根据换相理论对关断角进行预测。&cosamax——经过关断角控制输出的触发角余弦值；k——正斜率修正系数。图E.7关断角控制模型E.9换相失败预测模型换相失败预测模型如图E.8所示，通过检测交流换相电压的幅值及零序分量变化，预测换相失败，输出提前触发角度增量。llH()f.1)f'1lo-H()LI)Flug4d.NY2>>△γ——换相失败预测输出的关断角参考值增量，单位为度(°);图E.8换相失败预测模型Flag——交流侧故障标志，1为检测到交流侧故障，0为检测到交流侧故障；MAXHOLD保持输入的最大值；T₀——电压滤波时间常数，单位为秒(s);T₁——MAXHOLD保持时间，单位为秒(s);T₂——脉冲展宽延时时间，单位为秒(s);T、T₃、T₄——关断角参考值增量滤波时间常数，单位为秒(s);a1——零序电压判据的启动值，标幺值；az——电压幅值判据的启动值，标幺值；Y。—-关断角参考值增量参数，单位为度(°)。图E.8换相失败预测模型(续)E.10触发角控制模型触发角控制模型如图E.9所示，根据移相指令进行移相。通过比较直流电流与阈值的大小，决定选择的2个强制移相角度αel、αse₂。当移相指令Flagre=1时表示强制移相，按照固定的速度改变触发角参考值α,直至达到移相角度；反之，当Flag=0时表示未强制移相，触发角参考值α为选择型闭环控制输出的触发角αe。NagtNagtUy211Rel0—Rf:t*)isn—代Ys<标引序号说明：ah——选择型闭环控制输出的触发角，单位为度(°)REC——整流模式信号，整流站值为1,逆变站值为0;Flag——强制移相信号，1为强制移相，0为未强制移相；Flagsn——移相启动标志，1为采用移相角α,0为采用移相角α;T₃——延时时间，单位为秒(s);a——强制移相角1,单位为度(°);ag—-强制移相角2,单位为度(°)。图E.9触发角控制模型E.11重启动控制模型重启动控制模型按照D.11的规定。E.12分接头控制模型分接头控制模型按照D.13的规定。E.13无功与交流电压控制模型无功与交流电压控制模型按照D.14的规定。(规范性)直流输电附加控制系统模型F.1频率控制模型频率控制模型如图F.1所示，根据频率测量值与参考值的偏差，输出直流功率调制量，有两种常见a)第1种模型结构图F.1