一種柔性直流機電與電磁混合仿真方法
2023-06-10 08:57:46
一種柔性直流機電與電磁混合仿真方法
【專利摘要】本發明提供了一種柔性直流機電與電磁混合仿真方法，包括以下步驟：(1)建立柔性直流電壓源換流器交流側電磁暫態仿真模型；(2)建立電壓源換流器直流側輸電系統電磁暫態仿真模型；(3)建立電壓源換流器控制器的數值計算模型；(4)建立鎖相環電磁暫態計算模型；(5)將機電量與電磁量相互轉換；(6)進行柔性直流機電與電磁混合仿真。通過本發明提供的方法，可以提高含有柔性直流線路的交直流混聯電網仿真計算精度，為混聯電網特性分析與控制策略制定，提供精準的仿真工具。
【專利說明】一種柔性直流機電與電磁混合仿真方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統領域，具體涉及一種基於用戶自定義程序的柔性直流機電與電磁混合仿真方法。
【背景技術】
[0002]柔性直流輸電(VSC-HVDC)是以由絕緣柵雙極電晶體組成的電壓源換流器(Voltage Source Converter, VSC)為核心部件的新型直流輸電技術。該輸電技術具有可向弱交流電網或無源網絡供電、兩端換流站之間無需通信、可同時控制有功和無功功率、不影響交流電網短路電流水平等技術優點。該項輸電技術以其顯著的技術優點，受到了學術界與電力工程界的廣泛關注，是現代電力系統研究的一個熱門領域。
[0003]隨著大容量電力電子器件以及微機控制技術的快速發展，百萬千瓦級柔性直流輸電線路將會在近些年投入電網運行，例如規劃2014年我國大連電網將建成±320kV/1000MW柔性直流輸電工程。大容量交直流輸電通道混聯運行，電網穩定性和動態特性將會發生深刻變化，電網科學合理規劃、設備安全可靠運行、系統連續穩定供電，均面臨新的更大挑戰。為準確揭示交直流混聯電網特性以及動態過程中柔性直流內部狀態量的變化，需在兼顧大電網仿真計算效率的前提下，提高交直流混聯電網的仿真精度。
【發明內容】
[0004]為克服上述缺陷，本發明提供了一種基於用戶自定義程序的柔性直流機電與電磁混合仿真方法，能夠兼顧大電網仿真計算效率和直流仿真精度的雙重要求，為混聯電網規劃、運行與控制提供有力的技術手段。
[0005]為實現上述目的，本發明提供一種基於用戶自定義程序的柔性直流機電與電磁混合仿真方法，其改進之處在於，所述方法包括以下步驟:
[0006](I).建立柔性直流電壓源換流器交流側電磁暫態仿真模型；
[0007](2).建立電壓源換流器直流側輸電系統電磁暫態仿真模型；
[0008](3).建立電壓源換流器控制器的數值計算模型；
[0009](4).建立鎖相環電磁暫態計算模型；
[0010](5).將機電量與電磁量相互轉換；
[0011](6).進行柔性直流機電與電磁混合仿真。
[0012]優選地，所述步驟(I)中，電壓源換流器通過換流變壓器與交流母線互聯，其等值模型由RL串聯電路表示；該步驟包括:由電壓源換流器交流側換流變壓器參數得出以電感電流為狀態變量的動態微分方程，並應用隱式梯形積分公式將其差分化，以建立所述交流側電磁暫態仿真模型；
[0013]所述換流變壓器參數包括:電壓源換流器交流母線和出口母線的基波三相瞬時電壓、電壓源換流器注入交流母線的三相瞬時值電流；
[0014]所述動態微分方程為:[0015]
【權利要求】
1.一種柔性直流機電與電磁混合仿真方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: (1).建立柔性直流電壓源換流器交流側電磁暫態仿真模型； (2).建立電壓源換流器直流側輸電系統電磁暫態仿真模型； (3).建立電壓源換流器控制器的數值計算模型； (4).建立鎖相環電磁暫態計算模型； (5).將機電量與電磁量相互轉換； (6).進行柔性直流機電與電磁混合仿真。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述步驟(1)中，電壓源換流器通過換流變壓器與交流母線互聯，其等值模型由RL串聯電路表示；該步驟包括:由電壓源換流器交流側換流變壓器參數得出以電感電流為狀態變量的動態微分方程，並應用隱式梯形積分公式將其差分化，以建立所述交流側電磁暫態仿真模型； 所述換流變壓器參數包括:電壓源換流器交流母線和出口母線的基波三相瞬時電壓、電壓源換流器注入交流母線的三相瞬時值電流； 所述動態微分方程為:
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟(2)包括:由直流側輸電系統動態元件對應的狀態變量得出直流側輸電系統的三階動態微分方程，並用隱式梯形積分公式對其差分化，以建立所述直流側輸電系統電磁暫態仿真模型； 所述直流側輸電系統動態元件對應的狀態變量包括:電壓源換流器直流側電容電壓Udl > Ud2和直流輸電線路電感電流id ; 所述三階動態微分方程為:
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，所述電壓源換流器採用脈寬調製(PWM)控制方式；該步驟包括:構建比例積分調節器；依據交流有功功率或直流電壓運行值與目標值間的偏差調節電壓源換流器輸出電壓相位，並得出對應的一階微分方程組；依據交流無功功率或交流電壓運行值與目標值間的偏差調節電壓源換流器輸出電壓幅值，並得出對應的一階微分方程組；分別對所述微分方程進行差分化，以建立所述數值計算模型。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟(4)包括:模擬鎖相環的相位測量動態特性，將所得方程差分化以建立所述鎖相環電磁暫態計算模型；對應的差分方程如下:
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述步驟(5)中，所述機電量為UsjJPUsy,採用xy同步旋轉坐標系下的基波相量，所述電磁量為Ua、Ub、U。,採用abc坐標系下的三相瞬時值；所述相互轉換用下式表達:
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:電壓源換流器出口電壓的abc坐標系三相瞬時值同步旋轉坐標系分量間的轉換關係式如下:
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:所述步驟(6)中，應用電力系統分析綜合程序(PSASP/ST)用戶自定義程序(UP)功能，進行所述混合仿真，包括如下步驟: (6 -1)、用戶自定義程序UP讀取主程序ST輸入的MARK標誌位； (6 -2)、若MARK>0，表明主程序ST與用戶程序UP交替計算已經收斂，UP程序可保存本時步計算結果，並計算下一時步求解所需相關量； 若MARK〈0，表明主程序ST要求用戶程序UP執行差分方程計算，且本時步計算結果尚需與ST進行交互迭代； (6 - 3)、依次計算電壓源換流器出口電壓、與交流電網交換功率對應的代數方程，以及換流器交流側電流、直流輸電系統和控制系統狀態變量所對應的差分方程；用戶自定義UP程序內部迭代求解，直至相鄰兩次迭代狀態變量最大差值小於迭代誤差； (6 -4)、用戶自定義程序UP迭代收斂後，應用更新後的狀態變量求解電壓源換流器注入所連接交流母線的電流，並返回主程序ST ； (6 - 5)、循環求解至仿真結束。
【文檔編號】G05B17/00GK103558766SQ201310317103
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年7月25日 優先權日:2013年7月25日
【發明者】鄭超, 盛燦輝, 馬世英, 陳得治, 張志強, 申旭輝, 陳湘, 宋雲亭, 李晶, 邱麗萍, 吉平, 周俊, 李再華, 楊琦, 張鑫 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網四川省電力公司