[發(fā)明專利]一種大規(guī)模變流器群并網(wǎng)的仿真系統(tǒng)及變流器的等效電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811061605.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN110895644A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅文慶;張杰;李江紅;張宇;張朝陽;陳柳松;應(yīng)婷;劉麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/36
• 分類號(hào): G06F30/36
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本申請(qǐng)公開了一種變流器的等效電路和一種大規(guī)模變流器群并網(wǎng)的仿真系統(tǒng)，包括第一單元、第二單元、第三單元、第四單元和電容，第一單元、第二單元、第三單元和第四單元均包括并聯(lián)的等效電流源和等效電阻；本發(fā)明中，通過將變流器的開關(guān)等效為電流源并聯(lián)電阻來模擬變流器內(nèi)部電器暫態(tài)特性，其開關(guān)的狀態(tài)變化只和電流源有關(guān)，與電阻無關(guān)，使得系統(tǒng)的導(dǎo)納矩陣成為一個(gè)固定階數(shù)、固定參數(shù)的矩陣，因此只需初始仿真時(shí)生成一次導(dǎo)納矩陣并求一次逆，仿真過程中無論變流器開關(guān)器件狀態(tài)如何變化，其導(dǎo)納矩陣都不需要重新生成和求逆，計(jì)算量顯著下降，計(jì)算時(shí)間大幅縮短，計(jì)算效率明顯提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域，特別涉及一種大規(guī)模變流器群并網(wǎng)的仿真系統(tǒng)及變流器的等效電路。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用需求的增加，變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，比如車網(wǎng)系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等。由于變流器數(shù)目眾多，各變流器之間以及變流器與電網(wǎng)之間互相影響機(jī)理復(fù)雜，變流裝置與電網(wǎng)的最優(yōu)匹配以及變流器群協(xié)調(diào)控制難度大，一旦發(fā)生事故，眾多設(shè)備損壞、經(jīng)濟(jì)損失巨大，修復(fù)成本大、時(shí)間周期長(zhǎng)。因此大規(guī)模變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行顯得尤為重要。

由于大規(guī)模變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)的變流器數(shù)目眾多，因此電網(wǎng)絡(luò)矩陣階數(shù)高、算法組織復(fù)雜，解算時(shí)間長(zhǎng)。眾多變流器將使得開關(guān)器件數(shù)目龐大，各變流器的開關(guān)器件狀態(tài)也不一定相同，因此，在對(duì)變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真時(shí)，必須設(shè)置較短的仿真步長(zhǎng)，否則將嚴(yán)重影響仿真精度。每一個(gè)仿真步長(zhǎng)內(nèi)都有大量開關(guān)器件導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生變化，這將使得變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣在每一個(gè)仿真步長(zhǎng)中都需要重新生成和求逆，也即不斷地生成超高階矩陣和求逆解算，上述因素使得大規(guī)模變流器群并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真速度極其緩慢，甚至難以運(yùn)行。

傳統(tǒng)的變流器建模方法主要分為詳細(xì)建模和外特性等值建模方法。在詳細(xì)建模中，按照變流器的主電路，搭建包括IGBT、二極管等電子元件的詳細(xì)模型，該方法能準(zhǔn)確模擬變流器的輸出特性和內(nèi)部電氣量的暫態(tài)變化，但變流器數(shù)目的增多將導(dǎo)致大量開關(guān)器件，每時(shí)刻眾多開關(guān)器件的狀態(tài)變化使得大規(guī)模電網(wǎng)絡(luò)的建立和解算效率低下；在外特性等值建模方法中，根據(jù)變流器輸出的外特性建立其數(shù)學(xué)模型，在只研究變流器對(duì)外特性時(shí)，這無疑是一個(gè)很高效的仿真方法，但該方法的缺點(diǎn)在與不能模擬變流器內(nèi)部電氣量的暫態(tài)變化及變流器內(nèi)部故障等。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的方案是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模變流器群并網(wǎng)的仿真系統(tǒng)及變流器的等效電路。其具體方案如下：

一種變流器的等效電路，包括第一單元、第二單元、第三單元、第四單元和電容，所述第一單元、所述第二單元、所述第三單元和所述第四單元均包括并聯(lián)的等效電流源和等效電阻；其中：

所述第一單元的第一端、所述第三單元的第一端和所述電容的第一端均相連，所述第二單元的第一端、所述第四單元的第一端和所述電容的第二端均相連，所述第一單元的第二端和所述第二單元的第二端相連后作為所述等效電路的第一輸出端，所述第三單元的第二端和所述第四單元的第二端相連后作為所述等效電路的第二輸出端。

優(yōu)選的，所述變流器的實(shí)際電路中的電力電子開關(guān)包括：

IGBT管、晶閘管、二極管、理想開關(guān)中的任意一種。

優(yōu)選的，當(dāng)所述變流器的實(shí)際電路中的任一電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)過對(duì)應(yīng)所述等效電路中對(duì)應(yīng)的等效電流源的電流為：

其中，i為流過該等效電流源的電流，u為該等效電流源兩端的電壓，t為仿真時(shí)刻，Δt為仿真時(shí)間步長(zhǎng)，R為與該等效電流源并聯(lián)的等效電阻阻值，α為阻尼系數(shù)。

優(yōu)選的，當(dāng)所述變流器的實(shí)際電路中的任一電力電子開關(guān)關(guān)斷時(shí)，經(jīng)過對(duì)應(yīng)所述等效電路中對(duì)應(yīng)的等效電流源的電流為：