[发明专利]一种大规模变流器群并网的仿真系统及变流器的等效电路

说明书

本申请公开了一种变流器的等效电路和一种大规模变流器群并网的仿真系统，包括第一单元、第二单元、第三单元、第四单元和电容，第一单元、第二单元、第三单元和第四单元均包括并联的等效电流源和等效电阻；本发明中，通过将变流器的开关等效为电流源并联电阻来模拟变流器内部电器暂态特性，其开关的状态变化只和电流源有关，与电阻无关，使得系统的导纳矩阵成为一个固定阶数、固定参数的矩阵，因此只需初始仿真时生成一次导纳矩阵并求一次逆，仿真过程中无论变流器开关器件状态如何变化，其导纳矩阵都不需要重新生成和求逆，计算量显著下降，计算时间大幅缩短，计算效率明显提高。

技术领域

本发明涉及电力系统仿真领域，特别涉及一种大规模变流器群并网的仿真系统及变流器的等效电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展及应用需求的增加，变流器群并网系统的规模越来越大，比如车网系统、风电场、光伏电站等。由于变流器数目众多，各变流器之间以及变流器与电网之间互相影响机理复杂，变流装置与电网的最优匹配以及变流器群协调控制难度大，一旦发生事故，众多设备损坏、经济损失巨大，修复成本大、时间周期长。因此大规模变流器群并网系统的安全、稳定、可靠运行显得尤为重要。

由于大规模变流器群并网系统的变流器数目众多，因此电网络矩阵阶数高、算法组织复杂，解算时间长。众多变流器将使得开关器件数目庞大，各变流器的开关器件状态也不一定相同，因此，在对变流器群并网系统进行电磁暂态仿真时，必须设置较短的仿真步长，否则将严重影响仿真精度。每一个仿真步长内都有大量开关器件导通状态发生变化，这将使得变流器群并网系统的节点导纳矩阵在每一个仿真步长中都需要重新生成和求逆，也即不断地生成超高阶矩阵和求逆解算，上述因素使得大规模变流器群并网系统的仿真速度极其缓慢，甚至难以运行。

传统的变流器建模方法主要分为详细建模和外特性等值建模方法。在详细建模中，按照变流器的主电路，搭建包括IGBT、二极管等电子元件的详细模型，该方法能准确模拟变流器的输出特性和内部电气量的暂态变化，但变流器数目的增多将导致大量开关器件，每时刻众多开关器件的状态变化使得大规模电网络的建立和解算效率低下；在外特性等值建模方法中，根据变流器输出的外特性建立其数学模型，在只研究变流器对外特性时，这无疑是一个很高效的仿真方法，但该方法的缺点在与不能模拟变流器内部电气量的暂态变化及变流器内部故障等。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大规模变流器群并网的仿真系统及变流器的等效电路。其具体方案如下：

一种变流器的等效电路，包括第一单元、第二单元、第三单元、第四单元和电容，所述第一单元、所述第二单元、所述第三单元和所述第四单元均包括并联的等效电流源和等效电阻；其中：

所述第一单元的第一端、所述第三单元的第一端和所述电容的第一端均相连，所述第二单元的第一端、所述第四单元的第一端和所述电容的第二端均相连，所述第一单元的第二端和所述第二单元的第二端相连后作为所述等效电路的第一输出端，所述第三单元的第二端和所述第四单元的第二端相连后作为所述等效电路的第二输出端。

优选的，所述变流器的实际电路中的电力电子开关包括：

IGBT管、晶闸管、二极管、理想开关中的任意一种。

优选的，当所述变流器的实际电路中的任一电力电子开关导通时，经过对应所述等效电路中对应的等效电流源的电流为：

其中，i为流过该等效电流源的电流，u为该等效电流源两端的电压，t为仿真时刻，Δt为仿真时间步长，R为与该等效电流源并联的等效电阻阻值，α为阻尼系数。

优选的，当所述变流器的实际电路中的任一电力电子开关关断时，经过对应所述等效电路中对应的等效电流源的电流为：