[發明專利]混合式制動電阻變換器的電磁暫態等效建模方法和系統

在審

• 申請號: 202010541409.X
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111753413A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 田園園;薛英林;趙崢;盧亞軍;陳釗
• 申請（專利權）人: 國網經濟技術研究院有限公司;國網山東省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發明涉及一種混合式制動電阻變換器的電磁暫態等效建模方法和系統，其包括以下步驟：1)對混合式制動電阻變換器的子模塊拓撲結構進行分析，并對子模塊中各主要元件進行等效建模；2)對運行過程中混合式制動電阻變換器子模塊的運行狀態進行分析，并基于步驟1)中各主要元件的等效模型，得到不同狀態子模塊的戴維南等效電路，進而得到混合式制動電阻變換器的支路戴維南等效電路；3)將混合式制動電阻變換器的支路戴維南等效電路代入柔直系統網絡進行求解，得到含混合式制動電阻變換器的系統電磁暫態仿真結果。本發明可以廣泛應用于混合式制動電阻變換器的電磁暫態仿真領域。

技術領域

本發明涉及海上風電經柔直系統送出的電磁暫態仿真技術領域，特別是關于一種用于海上風電經柔直系統送出的混合式制動電阻變換器的電磁暫態等效建模方法和系統。

背景技術

海上風電經柔直送出系統中，送端換流站需采用定交流電壓、定頻率控制來為海上風電場提供可靠的并網電壓，因此輸入柔直系統的有功功率無法由柔直換流站直接控制。當柔直系統故障導致其功率傳輸能力下降時，若風電場持續饋入功率，將打破進出柔直系統的功率平衡，產生功率盈余問題，且利用安控裝置切除風電機組的時間無法與功率盈余情況下的電壓、電流的發展速度匹配。盈余功率堆積在柔直系統中，將使系統直流電壓迅速上升，可能會突破系統設備的過壓過流應力，導致換流閥閉鎖、柔直系統停運，同時可能使風電場并網點電壓連帶波動，導致風電機組大面積脫網，將會對電網產生較大的沖擊，造成嚴重的經濟損失。因此必須引入功率靈活可控的制動電阻變換器等裝置。

由于海上平臺面積緊張、運維困難，制動電阻變換器不宜布置于海上送端換流站交流側，而應布置于陸上受端換流站直流側，根據電力電子器件與制動電阻的運行特性，可分為集中式、分布式、混合式三種技術路線，各技術路線的子模塊又可分為多種拓撲結構。在進行海上風電經柔直送出系統的電磁暫態仿真分析時，部分制動電阻變換器可直接采用電力系統暫態仿真軟件PSCAD/EMTDC元件庫中已有的單個IGBT器件模型或MMC半橋子模塊集成模型進行等效。但混合式制動電阻變換器采用全新的子模塊拓撲結構，雖然可用IGBT、二極管、電容與電阻等已有元件模塊搭建出單個子模塊拓撲，但實際柔直系統中混合式制動電阻變換器通常包含數百個子模塊，且各子模塊中IGBT器件的觸發指令并不一致，因此無法用單個子模塊拓撲結構等效；若在 PSCAD/EMTDC中手動搭建數百個子模塊拓撲，則需耗費巨大的時間與精力，仿真模型界面不再一目了然、清晰明了，信號接口極易出錯，更重要的是過多的元件模塊將占用過多內存，嚴重影響PSCAD/EMTDC的運行速度，甚至導致柔直系統仿真模型無法運行。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種混合式制動電阻變換器的電磁暫態等效建模方法和系統，基于混合式制動電阻變換器各子模塊中IGBT T1與IGBT T2的運行狀態，將狀態各異的子模塊拓撲結構轉化為相應的簡化等效電路，進而得到混合式制動電阻變換器全支路的戴維南等效電路，為采用全新子模塊拓撲結構的混合式制動電阻變換器提供了一種切實高效、流程清晰、簡單可行的電磁暫態等效建模方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發明的第一個方面，是提供一種混合式制動電阻變換器的電磁暫態等效建模方法，其包括以下步驟：

1)對混合式制動電阻變換器的子模塊拓撲結構進行分析，并對子模塊中各主要元件進行等效建模；

2)對運行過程中混合式制動電阻變換器子模塊的運行狀態進行分析，并基于步驟1)中各主要元件的等效模型，得到不同運行狀態下子模塊的戴維南等效電路，進而得到混合式制動電阻變換器的支路戴維南等效電路；

3)將混合式制動電阻變換器的支路戴維南等效電路代入柔直系統網絡進行求解，得到含混合式制動電阻變換器的系統電磁暫態仿真結果。

進一步地，所述步驟1)中，對混合式制動電阻變換器的子模塊中各主要元件進行等效建模的方法，包括以下步驟：