[发明专利]含变流器电力元件快速仿真建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统元件建模方法，特别涉及含变流器电力元件的建模与仿真。

背景技术

智能电网是电网技术发展的永恒目标，智能化元件是智能电网的重要组成部分。为了提高电力元件的可控性，电力电子元件在电网的发电、输电、配电以及用电环节广泛采用。含电力电子的电力元件的建模与仿真问题已经成为无法回避的问题。电力电子在电力系统中的应用主要有以下几个方面：

1）新能源与分布式发电。随着化石能源的枯竭，新能源发电的重要性越来越突出。当前大规模并网运行的主要是风力发电和光伏发电，它们均无法直接并网，需要变流器变换后方可馈入交流电网。

2）直流输电。无论高压直流输电还是柔性直流输电，它们都是通过变流器实现交-直与直-交变换。简化变流器复杂程度，减少仿真计算量，可以提高直流输电系统的仿真速度。

3）柔性交流输电。输电网的FACTS与配电网的DFACTS都大量采用电力电子设备。简化电力电子设备的仿真计算量，即可提高该类元件的仿真速度。

上述几个方面都广泛使用了变流器。变流器是一类由电力电子器件及其控制电路组成的电力设备，可以实现对电能的调节、变换和控制，在智能电网中具有重要应用。目前针对含变流器的电力元件的仿真基本上都是利用单个元器件模块搭建详尽的仿真模型。这种仿真模型虽然准确，但由于变流器包含元器件比较多，且带有控制器，模型比较庞大，严重制约了系统仿真的速度，尤其在大规模风电场和大区交直流混连情况下，这种仿真方式的计算速度无法接受，甚至根本不可行。由于含变流器系统仿真模型复杂、仿真速度慢，给后续的研究分析工作带来诸多不便，严重地影响了复杂交直流混连电网的研究进度。

因此，对含变流器电力元件重新建模，简化模型复杂程度，保证仿真精度的情况下，提高仿真速度显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含变流器电力元件快速仿真建模方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，该仿真建模方法包括以下步骤：忽略变流器内部电力电子变换元件的细微结构，仅保留变流器的功能与外特性，将变流器等效为含控制的、能够实现交直流间能量转换的元件，通过变流器两端能量平衡及变流器控制目标来表达变流器的数学模型。

所述仿真建模方法具体包括以下步骤：

1）在dq坐标下列写出变流器两侧的功率平衡方程；

2）列写出由变流器控制模块决定的被控量所满足的控制方程；

3）对所述功率平衡方程和控制方程进行离散化，并得到待求量的迭代格式，待求量为直流侧母线电压u_dc以及变流器输出电流在dq坐标下的d轴分量i_d；

4）经数值迭代求解得到待求量的数值解；

5）由变流器并网功率因数指令以及i_d的数值解或者由变流器并网无功指令求解出i_q，i_q表示变流器输出电流在dq坐标下的q轴分量，对i_d和i_q进行反park变换，得到变流器输出三相电流i_abc。

所述仿真建模方法还包括以下步骤：

在步骤1）之前，将交流侧母线电压u_abc进行park变换，得到dq坐标下的值e_d和e_q，e_d表示交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，e_q表示交流侧母线电压在dq坐标下的q轴分量。

所述e_d和e_q表示为：