[发明专利]基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器的简化建模方法

说明书

本发明涉及直流配电网AC/DC变流器的仿真建模技术领域，提出基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器的简化建模方法，包括构建AC/DC变流器简化模型和构建下垂控制器简化模型两个步骤。AC/DC变流器简化模型包括：由受控交流电压源和线路电感串联构成的交流部分简化模型，由第一阻抗、受控直流电压源和第二阻抗串联构成的直流部分简化模型。下垂控制器简化模型包括Q‑U控制器简化模型和P‑f控制器简化模型，控制直流部分简化模型的直流电压实现交直流有功功率无差跟踪，控制交流部分简化模型的交流电压和交流频率实现变流器的P‑f、Q‑U下垂控制。简化模型仿真速率高，排除变流器精细化模型电力电子开关器件的损耗，适用于直流配电网系统的稳定性分析及控制研究。

技术领域

本发明涉及直流配电网AC/DC变流器的仿真建模技术领域，特别涉及基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器的简化建模方法。

背景技术

随着传统化石能源的枯竭、现代电力电子技术的发展、越来越多的分布式能源被开发以及各式各样的直流负荷出现，直流配电网由于具有便于分布式能源接入、线损低、不存在无功功率损耗、谐波含量低、不存在交流系统三相不平衡、传输效率高、方便储能接入等诸多优点，因而具有十分广阔的应用前景。

目前，直流配电网控制策略尚不成熟，相关的柔性直流配电网协调控制方法主要参考柔性直流输电中的控制方法，其中适用于柔性直流配电网的电压控制方法主要有三种：主从控制、下垂控制和电压裕度控制。相比其他两种控制方法，下垂控制可以灵活的并网、离网和分网运行，且系统控制方法具有较强的可移植性，很好的适应柔性直流配电网的特点。

现有技术中，直流配电网AC/DC变流器在采用精细化模型时，其下垂控制整体控制框图如图1所示，该下垂控制采用了传统的双闭环矢量控制来实现电压电流控制。变流器交流侧的三相交流电压U_abc和三相电流I_abc，经Clarke变换后通过瞬时功率计算得到变流器的有功功率P和无功功率Q。所得到的功率值作为下垂控制器的输入量，分别与给定有功功率P_ref和给定无功功率Q_ref经下垂控制算法后，得到控制指令的幅值E和相位θ，再通过矢量合成方法得到三相电压控制指令U^*_abc，将得到的三相电压控制指令经过坐标变换后作为电压电流双闭环矢量控制器的输入量；双闭环矢量控制采取解耦控制，以电容电压作为电压外环的反馈信息，以电感电流作为电流内环的反馈值，采用PI调节器以实现参考值和实际值的无差跟踪，最后经过坐标变换等得到三相调制波，将三相调制波加到相应桥臂的开关管的门级输入端驱动开关管导通，从而使AC/DC变流器正常工作。

直流配电网仿真作为直流配电网规划设计和调度运行的基础，在直流配电网分析中占有十分重要的地位，而仿真模型的建立对直流配电网仿真的速率和仿真结果具有十分重要的影响。随着直流配电网仿真规模的扩大，以AC/DC变换器的精细化模型开展仿真，由于模型中大量电力电子开关器件的应用会造成系统仿真速度严重下降，并且谐波含量也随之大幅度增加，严重时还会造成系统不收敛，从而影响了整个系统仿真的效率和精度。并且，对于系统级的直流配电网仿真而言，更加侧重于变流器相互之间的协调配合以及系统级的控制策略研究，而对单个变换器精细化模型的仿真状态并不是十分关注。因此，在系统级的直流配电网仿真情况下，需要提出基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器的简化建模方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器的简化建模方法，构建AC/DC变流器简化模型和下垂控制器简化模型，通过下垂控制模块实现可控电压源的输出电压，达到调控电源的目的，并且排除变流器精细化模型中电力电子开关器件带来的影响与损耗，便于直流配电网系统的稳定性分析及满足系统控制研究的需要。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于下垂控制的直流配电网AC/DC变流器简化建模方法，包括如下步骤：

步骤1：构建AC/DC变流器简化模型；