[發明專利]一種用于高效電磁暫態仿真的柔性變電站建模方法

有效

• 申請號: 202010049494.8
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111291468B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 李霞林;劉宏;黃迪;郭力;王成山
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種用于高效電磁暫態仿真的柔性變電站建模方法，包括下列步驟：基于柔性變電站MMC中、上、下橋臂子模塊電容電壓動態過程一致的設定，建立MMC交流側和直流側的等效模型，并且給出第k相上橋臂子模塊電容電壓u_cp,k和下橋臂子模塊電容電壓u_cn,k的計算方法；四繞組中頻隔離DC/DC變換器的平均值等效模型采用受控電流源替換變換器四個全橋，由MMC等效模型得到的上下橋臂子模塊電壓，將MMC上、下橋臂子模塊連接的N個四繞組中頻隔離DC/DC變換器分別用一個變換器平均值模型進行等效。

技術領域

本發明屬于多端口電力電子功率變換裝置建模與仿真領域。

背景技術

柔性變電站是電力電子技術與變電站技術的結合，以一次設備電力電子化為特征，簡化變電站設備種類及數量，旨在提高電網狀態參數及潮流的精確靈活控制，實現電網有功、無功、電壓等平滑調控，提升電網安全、穩定、高效運行水平等^[1]。目前，國內已建立了多個柔性交直流輸配電示范項目，基于柔性變電站的交直流配電網組網方案得到了廣泛的研究。附圖1所示為柔性變電站結構，其具有的多個端口可以靈活接入儲能和分布式新能源，也可以經過直流變換器接入各種電壓等級的直流負荷或經逆變成工頻交流電為交流用戶供電，其智能化潮流控制能實現電能在不同電壓等級的交、直流端口間“按需分配”，從而實現綠色能源優先供電，自主能量流向選擇、可再生能源就地消耗或并網，同時保障重要負荷的供電可靠性。

電磁暫態仿真是研究電力系統動態特性的一項常用技術手段，但柔性變電站中包含有大量的模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)子模塊和四繞組中頻隔離DC/DC變換器模塊，同時這些模塊中含有的開關器件往往需要非常小的仿真步長，這大大限制了柔性變電站的電磁暫態仿真速度^[2][3]。并且隨著柔性直流輸電不斷向更高的傳輸功率和電壓等級發展，MMC所需的子模塊數目和四繞組中頻隔離DC/DC變換器的數目也隨之不斷增加，嚴重降低了模型的運行仿真速度，因此開發一種適用于柔性變電站工程需要的柔性變電站簡化仿真模型顯得尤為重要^[4]。

為了提高仿真效率，實際仿真中大多數采用MMC整個橋臂的戴維南等效模型^[5][6]，而由于此類模型的高度等效，導致子模塊電容沒有預留連接到四繞組中頻隔離DC/DC變換器模塊的外接接口，不能考慮MMC子模塊電容外接低壓直流側對電容電壓的影響，不能夠滿足當前柔性變電站以及其他很多實際工程的需要。

同時，在常規的MMC變換器中，相間基頻和二倍頻功率波動通常由三相MMC的子模塊電容去平抑，這也造成傳統的MMC子模塊電容較大，在MMC中電容的體積通常占設備的1/3左右^[7]。柔性變電站三相子模塊電容之間的基頻和二倍頻功率波動特點為互差120度，并且三相功率波動之和為0，利用這種特點，柔性變電站中特殊設計的四繞組中頻隔離DC/DC變換器原邊為3對參數一致的繞組對稱分布于整個磁芯，并將副邊繞組并聯，能夠將相間基頻和二倍頻波動功率在變壓器鐵芯中抵消，因而大幅減小中壓級三相MMC的模塊電容的大小和電壓波動。但是在目前的快速仿真領域，還沒有相關仿真模型考慮到這種影響^[8]。

參考文獻

[1]傅守強，高楊，陳翔宇，等.基于柔性變電站的交直流配電網技術研究與工程實踐[J].電力建設，2018(5)：46-55.

[2]許建中，李承昱，熊巖，等.模塊化多電平換流器高效建模方法研究綜述[J].中國電機工程學報，2015，35(13)：3381-3392.

[3]管敏淵，徐政.模塊化多電平換流器的快速電磁暫態仿真方法[J].電力自動化設備，2012，32(6):36-40.

[4]許建中，趙成勇，Aniruddha M.Gole.模塊化多電平換流器戴維南等效整體建模方法[J].中國電機工程學報，2015，35(8)：1919-1929.