[发明专利]基于试验的含变流器电力元件等效建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统中对含变流器电力元件的故障暂态仿真建模领域，具体涉及一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法。

背景技术

当前，变流器在电力系统获得了广泛应用，含变流器电力元件的大规模使用使得传统继电保护装置所面对的故障特征发生了显著改变而存在适应性问题，进而威胁电网的安全运行。分析含变流器电力元件的故障特征需要建立准确的电磁暂态仿真模型。变流器的仿真精度决定了数字仿真对实际物理系统模拟的可信度，对含变流器系统暂态仿真研究有着直接影响；变流器的仿真速度则是评价暂态仿真方法实用性的另一个重要指标，尤其是在含大规模变流器的电力系统中，变流器的仿真速度直接关系到整个系统的仿真性能。因此，有效性和快速性是评价变流器模型优劣的两个指标。

目前国内外针对变流器仿真模型的研究，基本上可以归为以下三类：1)详细模型；2)开关函数模型；3)平均值模型。文献《电力电子装置典型模型的适应性分析》中的详细模型完整复现了变流器的实际拓扑结构，与物理模型完全一致，但由于变流器结构复杂，模型比较庞大，需要占用大量计算机内存，仿真计算量随着系统规模成指数倍增长，严重制约系统的仿真速度；文献《一种计及多重开关的电力电子时域仿真插值算法》中的开关函数模型仅关注变流器的外部特性，减少了仿真计算量，提高了仿真速度，且开关函数的引入保留了变流器输出中的高频分量，但开关动作时刻的计算仍然需要较大的计算量；文献《PWM开关变换器的建模方法综述》中的平均值模型仅仅考虑变流器的输入、输出特性，该模型仅仅保留了输出量中的低频分量，大幅度减少了变流器仿真计算量，但该方法稳定性分析不准确，不能分析纹波。

考虑到含变流器电力元件的时变非线性特点和控制策略的多样性，上述几种建模方法难度大且无法有效推广。试验建模方法不依赖于系统的内部结构和参数，适用于一些物理机理尚不清楚或难以用简单规律描述的动态过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该等效建模方法包括以下步骤：

在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，并用所述指标描述被控量的故障响应；然后通过故障试验得到试验数据，根据试验数据拟合出所述指标与含变流器的电力元件的出口处残压的关系，进而得到被控量的故障响应与所述残压的关系；再利用被控量与所述电力元件的输出量的关系，获得所述电力元件的输出量与所述残压的关系，从而得到在外特性上与详细模型等效的简化模型。

所述等效建模方法具体包括以下步骤：

步骤1：在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，所述指标体系包括上升时间t_r、峰值时间t_p、阻尼振荡角频率ω_d，原静态工作点A₀以及新的静态工作点A₁，则被控量的故障响应表示为：