[发明专利]含VSC-MMC交直流电网系统的电磁暂态仿真方法

说明书

一种基于谐波相量域协同仿真的含VSC‑MMC大规模交直流电网暂态仿真方法，其核心在于对所述VSC‑MMC交直流电网系统进行网络分区，即分成电磁子系统与谐波子系统两部分。其中电磁子系统包含交流电网，发电机与输电线路等，采用电磁暂态模型进行仿真；谐波子系统包含高频电力电子装置，如电压源换流器VSC，模块化多电平换流器MMC等，采用谐波相量进行建模。两者子系统之间采用谐波相量域传输线模型作为接口模型，以期反映两系统之间的谐波相互作用关系。本发明在保证所提出的模型能够对电网系统电磁暂态计算进行准确分析的同时，可以极大程度上简化电磁分析，加快运算收敛速率，增大收敛精度。

技术领域

本发明涉及电力系统电磁暂态分析技术领域，尤其涉及一种基于谐波相量法的含VSC-MMC交直流电网系统的电磁暂态仿真方法。

背景技术

在研究交直流电网之间的相互作用关系时，主要采用暂态(TS)和电磁暂态(EMT)混合仿真模型，而在暂态子系统中由于采用的是基频相量模型，导致TS和EMT子系统之间接口模型频带低于基频，进而不能反映不同子系统之间的宽带频率相互作用，而这对于集成多电力电子设备的系统分析是十分关键且必须的。

更重要的是，在基于大规模模块化多电平变换器(MMC)的交直流电网混合仿真中，频率相关等效网络(FDNE)是捕获宽带频率动态特性的关键。且FDNE 模型必须是无源的，从而保证时域仿真中的数值稳定性。然而，现有的基于全局最优扰动的仿真方法不能同时保证仿真计算的收敛性、精度以及效率。

因此，对于大规模交流电网暂态分析缺乏一种更加有效且精确的仿真方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于谐波相量域协同仿真的含VSC-MMC大规模交直流电网暂态仿真方法，其能解决相关问题。

设计原理：一种面向含VSC-MMC大规模交直流电网的基于谐波相量域的协同仿真方法，拟将仿真系统分为两部分：一、采用电磁暂态模型来反映交流电网动态特性，搭建电磁子系统；二、采用谐波相量法针对高频电力电子装置进行建模，搭建谐波子系统，两者之间的接口特性通过所提出的谐波相量域传输线模型(HPD-TLM)来体现。通过仿真实验验证该方法的有效性和正确性，为含VSC-MMC大规模交直流电网运行的研究提供一种新的有效途径。

本发明的目的采用以下技术方案实现。

一种基于谐波相量域协同仿真方法的含VSC-MMC大规模交直流电网暂态仿真系统，所述仿真系统包括谐波子系统(HPD)与电磁子系统(EMT)，所述谐波子系统中主要包括高频电力电子装置，所述电磁子系统中主要包含交流电网，发电机与输电线路等，两者子系统之间采用谐波相量域传输线模型作为接口模型，并反应谐波与电磁子系统之间的谐波相互作用关系。

所述电网系统进行网络分区后，于所得的谐波子系统中，均可对VSC与 MMC建立其对应的谐波向量域模型。

其中VSC三项滤波电感与直流稳压电容的相量数学模型为：

其中，表示对应变量的第k个谐波相量。且矩阵T(k,t)可以表示为：

MMC子模块与线性支路对应的相量数学模型为：

其中：

所述谐波向量域传输线模型于EMT子系统中可以通过下式进行计算：

I_m(t-τ)＝-Z^-1u_n(t-τ)-i_n(t-τ)