[發明專利]虛擬電阻補償的柔性直流輸電混合仿真系統功率接口算法

有效

• 申請號: 201711329509.0
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108011391B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 樂健;張好;王曹;朱江峰;周文俊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

1.虛擬電阻補償的柔性直流輸電混合仿真系統功率接口算法，柔性直流輸電混合仿真系統包括數字仿真子系統、物理動模仿真子系統和功率接口單元，功率接口單元分別連接數字仿真子系統和物理動模仿真子系統；功率接口單元用于將數字仿真子系統的輸出電壓信號進行功率放大，驅動物理動模子系統的運行，同時用于將物理動模子系統的電流信號采樣后反饋至數字仿真子系統內；其特征是，在物理動模子系統反饋至數字仿真子系統的電流信號中加入虛擬電阻進行補償；

虛擬電阻阻值的選取包括以下步驟：

步驟1、設U_S(s)和Z_S(s)分別為數字仿真子系統的等效電源和等效阻抗，U_H(s)和Z_H(s)分別為物理動模子系統的等效電源和等效阻抗；功率接口單元等效為一個受控電流源A和一個受控電壓源U；

步驟2、設U₁(s)和I₁(s)分別為數字仿真子系統與功率接口單元接口處的電壓和電流，U₂(s)和I₂(s)分別為物理動模子系統與功率接口單元接口處的電壓和電流；

步驟3、受控電流源A輸出電流為I₁(s)，其受控量為：

式中，R^*>0為虛擬電阻；

現有的基于ITM的接口算法中，受控電流源A的輸出電流I₁(s)的受控量為：

I₁(s)＝I₂(s) (2)

步驟4、受控電流源U的輸出電壓為U₂(s)，其受控量為：

U₂(s)＝U₁(s)e^-sT (3)

式中，T為取決于功率接口單元中功率放大器特性的延時時間常數，可預先測量得到；

步驟5、將U_H(s)置零，可得：

由式(1)、式(3)和式(4)可得：

步驟6、根據式(5)得柔性直流輸電混合仿真系統的開環傳遞函數為：

由奈奎斯特穩定性判據得柔性直流輸電混合仿真系統的穩定性條件為：

步驟7、現有的功率接口單元均采用滿足式(2)的電流反饋，相對式(1)為R^*→∞的一種特殊情況，將R^*＝∞代入式(7)，得到不采用虛擬電阻補償時柔性直流輸電混合仿真系統的穩定性條件為：

令：

將式(9)代入式(7)，得到：

(|Z_S(s)|²-|Z_H(s)|²)R^*＜2(R₂|Z_S(s)|²+R₁|Z_H(s)|²) (10)；

步驟8、對比分析式(8)和式(10)可知：

①當|Z_S(s)|<|Z_H(s)|時，由式(8)可知未采用虛擬電阻補償時的系統保持穩定，由式(10)可知無論R^*為何值，采用虛擬電阻補償后的系統保持穩定；由此可得采用虛擬電阻補償后未造成原本穩定的系統失穩；

②當|Z_S(s)|>|Z_H(s)|時，由式(8)可知未采用虛擬電阻補償時的系統不穩定，而由式(10)可知，只要滿足：

則采用虛擬電阻補償后的系統能保持穩定；

步驟9、數字仿真子系統的等效阻抗Z_S(s)基本恒定且可以方便地獲取，由式(11)可知，當物理動模子系統等效阻抗幅值|Z_H(s)|最小時，R^*也需滿足式(11)的要求，物理動模子系統等效阻抗幅值|Z_H(s)|具有最小值的條件是：R₂＝0,L₂＝L_T/2，L_T為柔性直流輸電系統換流變壓器的漏抗，則優選虛擬電阻R*阻值為：