[发明专利]一种VSC多尺度暂态建模方法

说明书

本发明涉及一种VSC多尺度暂态建模方法，其特征在于包括以下内容：对VSC锁相环检测的三相电压和三相电流进行移频相量‑DQ量变换，构建锁相环移频相量模型；根据正负序DQ电压分量和电流分量，得到控制系统的正负序DQ控制变量；对该正负序DQ控制变量进行移频相量‑DQ量反变换，构建VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型；根据该正负序DQ控制变量和VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型，构建VSC直流侧等效直流源移频相量模型；根据锁相环移频相量模型、VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型和VSC直流侧等效直流源移频相量模型，构建VSC移频相量电磁与机电多尺度暂态模型，本发明可以广泛应用于大规模风电场中。

技术领域

本发明是关于一种VSC多尺度暂态建模方法，属于电力系统暂态仿真领域。

背景技术

随着电力系统的发展和风力发电并网方法的应用，大规模风电并网运行已成为现实。然而，大规模风电接入电网给电力系统运行带来诸多问题，例如电压稳定性、电能质量、故障穿越等，为方便分析和解决风电并网所面临的技术问题，电力系统暂态仿真已成为开展风电并网研究的一种重要手段。

电力系统暂态仿真一般分为电磁暂态仿真和机电暂态仿真两类，若对大规模风电并网进行电磁暂态仿真，需要对电力电子装置详细建模，则仿真计算规模将超过传统意义上的大型电力系统仿真。另一方面，模拟风电并网对电网稳定性及安全性等方面的影响一般采用机电暂态模型，然而该类模型因过度忽略电力系统的快速动态特性而无法对其进行模拟。因此，采用相互独立的机电暂态仿真和电磁暂态仿真均无法满足风电并网多尺度暂态特性仿真的要求。另外，随着大规模风电场通过HVDC(高压直流输电)并网，一般采用电磁暂态模型模拟直流系统，采用机电暂态模型模拟交流系统，从而达到仿真风电并网多尺度暂态特性的目的，但是，这样会面临两类模型控制程序接口复杂，数据交换繁琐等问题。

近年来，多尺度暂态建模一般采用电压源换流器(Voltage Source Converter,简称VSC)建模，且电压源换流器建模一般应用动态相量法，典型的VSC及其控制系统的拓扑示意图和典型的VSC及其控制系统动态平均值模型结构示意图如图1和2所示，一般将VSC交流侧等效为三相受控电压源，昂VSC直流侧等效为受控直流源，该方法若计及高次谐波，虽然能模拟详细的暂态变量，但是由于方程数目的增多增加了计算量且降低了计算速度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够减少计算量且提高计算速度的VSC多尺度暂态建模方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种VSC多尺度暂态建模方法，其特征在于，包括以下内容：采用对称分量法，对VSC锁相环检测的三相电压和三相电流进行移频相量-DQ量变换，构建锁相环移频相量模型，并提取模型构建中的正负序DQ电压分量和电流分量；根据正负序DQ电压分量和电流分量，通过控制系统的外环有功和无功控制以及内环电流解耦控制，得到控制系统的正负序DQ控制变量；将控制系统的正负序DQ控制变量分别作为VSC交流侧等效受控电压源和VSC直流侧等效直流源的正负序DQ控制变量；对该正负序DQ控制变量进行移频相量-DQ量反变换，构建VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型；基于VSC两侧功率平衡关系，根据该正负序DQ控制变量和VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型，构建VSC直流侧等效直流源移频相量模型；根据锁相环移频相量模型、VSC交流侧等效受控电压源移频相量模型和VSC直流侧等效直流源移频相量模型，构建VSC移频相量电磁与机电多尺度暂态模型。

优选地，采用对称分量法，对VSC锁相环检测的三相电压和三相电流进行移频相量-DQ量变换，构建锁相环移频相量模型，并提取模型构建中的正负序DQ电压分量和电流分量，具体过程为：对VSC的控制系统中锁相环检测的三相电压和三相电流分别依次进行希尔伯特变换和移频相量变换，得到三相电压和三相电流的移频相量；采用对称分量法，对三相电压和三相电流的移频相量进行移频相量-DQ量变换，构建VSC锁相环移频相量模型，并提取模型构建中的正负序DQ电压分量和电流分量，其中，移频相量-DQ量变换为：