[发明专利]一种计及仿真软件内部延时的柔直换流器宽频建模方法

说明书

本发明涉及一种计及仿真软件内部延时的柔直换流器宽频建模方法，根据输入量与前序环节输出有无关系，将控制环节分为两类。通过对不同控制环节输入量和输出量的修正，可以将电磁暂态仿真软件的内部延时非常简便的考虑进阻抗模型中，确保了宽频范围下柔直换流器阻抗建模的准确性；通过保留频率信息，确保了推导过程的正确性。此外，还考虑了变压器变比、漏抗以及励磁电抗建立换流变压器的详细模型，能够在宽频范围下准确描述变压器两侧电压、电流之间的关系。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种计及仿真软件内部延时的柔直换流器宽频建模方法。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，柔性直流输电技术在电力系统中扮演了越来越重要的角色，基于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的柔性直流输电工程数量逐年增加。然而近年来，在电网中发生了多次与柔直换流器相关的振荡问题，振荡电压、电流的频率覆盖几十赫兹至几千赫兹不等，例如某柔直工程在风电场出力逐渐增大的过程中观测到了30Hz左右的电流谐波，某柔直输电工程在调试期间出现了23.6～25.2Hz的次同步振荡，某柔直工程在接入弱交流电网的情况下发生了1272Hz左右的高频谐振事件，某柔直工程在运行模式切换的调试过程中也出现了数千赫兹的高频谐波分量。上述振荡问题造成柔直单元跳闸、变压器损坏、系统大规模停运等一系列问题，已严重影响威胁电网的安全稳定运行并制约可再生能源的大规模消纳。

目前，已有大量研究对柔直换流器接入电网所引发的振荡问题进行分析，分析方法大多沿用传统的电力系统分析方法，包括时域上的状态空间法、时域仿真法以及频域上的频率扫描法和阻抗分析法，上述方法大多建立在精确的等效模型的基础上，如何刻画柔直换流器在宽频范围下的阻抗特性是认知上述振荡问题的关键所在。此外，现有研究表明柔直换流器的阻抗特性是分析由柔直换流器引起的系统稳定性问题的关键；因此，基于频域小信号分析理论的阻抗分析法更加适用于柔直换流器的建模和稳定性分析。但是，柔直换流器内部控制环节复杂多样，包括锁相环、外环控制、电流内环控制等多个环节，大大增加了小信号建模的难度。

最早，由于控制变量在dq坐标系下为直流量，因此大多数阻抗模型建立在dq坐标系下。然而，由于dq坐标之间的交叉耦合，即使不考虑频率耦合效应，换流器在dq坐标系下的阻抗模型也必须表示为二维阻抗的形式，不利于后续的稳定性分析。因此，目前大多研究均基于谐波线性化方法在abc三相静止坐标系下建立换流器的小信号阻抗模型。因此，所推导的阻抗模型必须有准确的测量结果进行验证，目前大多采用频率扫描法对所搭建的电磁暂态仿真模型进行阻抗辨识，通过对比辨识值与推导的阻抗模型理论值来验证结果的正确性。常用的电磁暂态仿真软件，如PSCAD/EMTDC软件等均为基于数值积分方法的电磁暂态仿真软件；首先将系统各部件离散化建立整个系统的微分方程组；然后，在每个仿真步长下采用梯形积分法求解系统微分方程组。因此，随着频率的增加，仿真步长带来的延时将对扫描阻抗的结果产生很大影响。然而，现有的阻抗建模方法没有考虑仿真软件内部延时(即仿真步长)所带来的影响，在低频范围下理论模型与频率扫描结果虽可保证基本一致；但在高频范围下，频率的升高使仿真步长延时的影响越发明显，理论阻抗模型与频率扫描结果将存在明显的差异，无法相互验证各自的正确性。若不考虑仿真步长内部延时，无法建立宽频范围下均准确的柔直换流器的阻抗模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种计及仿真软件内部延时的柔直换流器宽频建模方法，保证柔直换流器阻抗建模的准确性，在宽频范围下均能与时域仿真扫描结果相互验证。

本发明提供了一种计及仿真软件内部延时的柔直换流器宽频建模方法，包括如下步骤：

步骤1，获取换流器参数，包括换流变压器参数、桥臂电抗值、子模块数量以及子模块电容值；

步骤2，获取换流器控制参数，包括锁相环控制参数、外环PI控制参数、内环PI控制参数、调制比；

步骤3，控制环节传递函数矩阵推导：