[發明專利]直流電網非線性組件的電磁暫態等效建模方法

在審

• 申請號: 201911064940.6
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN111027271A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 馮謨可;丁江萍;龐輝;劉棟;林暢;常彬;宗炫君;鄒盛;周洪偉;許建中;趙成勇
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;全球能源互聯網研究院有限公司;國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: G06F30/39
• 分類號: G06F30/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明設計一種以避雷器為代表的直流電網非線性組件的電磁暫態等效建模方法(Electromagnetic transient equivalent modeling method for nonlinear components of DC grid represented by metal oxide arrester)。本發明的核心技術方案是：1、在已有避雷器電路模型的基礎上，對其中的微積分(電感、電容)元件進行離散化處理，使得微分電路離散化為小步長線性電路；2、將避雷器中的電感、電阻、電容支路部分進行戴維南等效，進一步簡化原來的復雜非線性電路；3、將避雷器中含非線性可變電阻的支路按電路連接方式分為三類，并給出V?I曲線合并方法，最終得到非線性組件的極簡形式，可大大減小代入直流電網求解時的電氣節點數目。

技術領域

本發明涉及一種非線性組件的電磁暫態等效建模方法，屬于柔性直流輸電與直流電網技術領域。

背景技術

以金屬氧化物避雷器(MOA)為代表的非線性組件是直流電網中的主要保護和故障電流耗散設備。在正常工作電壓下，MOA作為大電阻，流過的電流很小，且對電路沒有較大影響。在過壓期間，MOA作為小電阻，流過較大的電流。得益于其出色的非線性特性，MOA能夠保護器件，或在過壓期間吸收故障電流并最終使電壓下降，進而耗散能量。

在電磁暫態(EMT)仿真中，由于MOA的物理結構復雜，因此很難模擬所有實際的響應。在直流電網仿真中，其主要解決方案是建立MOA的EMT等效模型。當前，主要有四種MOA的等效模型：可變電阻模型，IEEE模型，Pinceti模型和Fernandez模型。實驗室測試表明，在高頻和快速暫態情況下，MOA電壓的峰值始終出現在MOA電流的峰值之前。換句話說，MOA具有電感的特性。為了描述該特性，IEEE 3.4.11提出了圖1所示的模型，IEEE工作組給出了確定參數的公式。當電流波頭在0.5-0.45μs之間時，IEEE模型在MOA的實際電壓響應方面擬合得相對較好。然而，IEEE模型的結構較為復雜，并且引入了兩個額外的電氣節點。為了簡化電路并加快仿真速度，應集成組件以消除節點。本發明提出了一種針對非線性元件的電磁暫態建模方法。它給出了整合非線性部分(可變電阻)，微積分元件(定義為電感和電容元件)和線性部分(電阻器)的基本思想。

發明內容

本發明提供一種非線性組件的電磁暫態等效建模方法，該建模方法包括以下步驟：

步驟1：將電感、電容等微積分元件采用梯形積分法進行離散化處理，使其分別等效為一個與上一仿真步長的電壓和電流相關的電壓源與等效電阻串聯的形式。

步驟2：將非線性組件中直接串聯或并聯的線性部分進行合并，對外等效為一個戴維南等效電壓源串電阻的形式。

步驟3：將非線性組件中的非線性部分與其他線性部分進行合并，按照串聯形式、并聯形式和含電壓源的并聯形式三種組合方式的處理方法進行伏安特性曲線合并，對微積分組件與非線性組件合并進行特殊處理，進而求得非線性組件的極簡等效電路。

步驟4：將等效部分代入電磁暫態程序中進行求解，將更新得到的電壓電流作為更新下一時刻電感電容離散化所需要的參數。

附圖說明

圖1為避雷器IEEE等效模型的簡化過程。

圖2為避雷器IEEE模型內部電感、電容的離散化過程。

圖3為避雷器IEEE模型內部線性部分的戴維南等效過程。

圖4為非線性組件中內部非線性電路的三種連接形式。

具體實施方式

本發明提供一種非線性組件的電磁暫態等效建模方法，這種方法的目的是為了簡化結構復雜且包含非線性元件的電路，收縮電氣節點的數目。下面將以避雷器(MOA)的IEEE模型為例，結合附圖對本發明的建模步驟做進一步詳細的說明，整個過程可用圖1來描述。