[发明专利]基于贝杰龙模型的电力电子装置并联等效扩容方法

说明书

本发明属于电力电子建模仿真与控制技术领域，尤其涉及基于贝杰龙模型的电力电子装置并联等效扩容方法及模块。首先从基本分布参数输电线路模型出发，得到电能传输的理论公式。在此基础上得到输电线路的等效贝杰龙模型公式。最后，得到基于贝杰龙模型的扩容方法。贝杰龙等效扩容模型将原模型等效为两个包含受控电流源的网络，各个网络中的受控源的控制量由另一端τ时刻前的电压、电流值确定，受控源与控制源不再存在耦合情况。本发明方法将输电线路的贝杰龙模型与子系统建模扩容结合，可应用于实际建模中对含非线性元件的子系统进行等效扩容，从而避免因搭建出多个详细的模块化子系统导致模型仿真速度太慢的问题。

技术领域

本发明属于电力电子仿真建模与控制技术领域，尤其涉及一种基于贝杰龙模型的电力电子装置并联等效扩容方法。

背景技术

对于大规模直驱风机、储能系统等电力电子装置，虽然可以通过建立出多个详细的模块化子系统并将其并联而组成，但是由于为了保证开关管模型的仿真精度，仿真步长通常设置为5～10μs，从而导致搭建出多个详细的模块化子系统后，PSCAD仿真时间过长(并联的子系统越多，PSCAD仿真时间越长，当10台子系统并联并仿真10s动态时，仿真时间高达1h左右)，这显然不利于进一步的仿真分析。目前对子系统采用受控电流源代替从而实现等效扩容的方法，由于受控电流与控制电流将会产生耦合，极易导致仿真软件计算不收敛，从而该等效电路模型不可运行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于贝杰龙模型的电力电子装置并联等效扩容方法，所述方法包括

步骤1、建立输电线路的等效贝杰龙模型；

步骤2、根据步骤1中建立的模型分别求出线路k的电压电流的关系式和线路m的电压电流的关系式；

步骤3、求线路k端对地电压u_k(t)和m端対地电圧u_m(t)的关系；

步骤4、求线路k端向m端输送的电流i_km(t)和线路m端向k端输送的电流i_mk(t)的关系；

步骤5、当满足u_k(t)＝Z_ci_km(t)并取延时τ为仿真步长为几十微秒级时，有u_m(t)≈u_k(t)、i_mk(t)≈-i_km(t)，由此设定约束条件；Z_c为输电线路的特征阻抗；

步骤6、基于等效贝杰龙模型和步骤5中的约束条件，若将k侧作为原网络输入点，并使m侧输出电流线性扩大n倍，由改写后的虚拟电流的表达式得出电压电流的线性关系；

步骤7、将以上步骤封装入一个扩容倍数为n的扩容模块中，扩容模块的输入端接一个电力电子子模块，输出端接电网母线；串联的电力电子子模块和扩容模块等效于并联的n个特性相同的电力电子子模块，两者具有相同的输出特性。

所述输电线路的等效贝杰龙模型为

其中，线路单位长度的电容为C₀，τ＝l/v，i_km(t)为线路k端向m端输送的电流，i_mk(t)为线路m端向k端输送的电流，u_k(t)为线路k端对地电压，u_m(t)为m端対地电圧，I_k(t)为等效贝杰龙模型中k侧的虚拟受控电流源，I_m(t)为等效贝杰龙模型中m侧的虚拟受控电流源，Z_c为输电线路的特征阻抗；

线路k的电压电流的关系式为