[發明專利]一種基于交叉初始化的換流器參數化恒導納建模方法

有效

• 申請號: 202010590540.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111881533B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 顧偉;曹陽;鄒德虎;李珂;史坤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;H02J3/24
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張天哲

1.一種基于交叉初始化的換流器參數化恒導納建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)對電力電子換流器進行電磁暫態仿真建模，其中開關采用參數歷史電流源恒導納模型，其他元件采用傳統電磁暫態仿真積分模型建立，并給定系統初始值和步長；

(2)檢測是否發生運行狀態切換，如果發生狀態切換則進行交叉初始化修正，如果未發生不做處理；

(3)根據網絡拓撲結構和預期控制效果計算模型參數，建立全網等效電磁導納矩陣和歷史電流源，得到換流器電磁暫態仿真等效模型；

(4)根據電磁暫態基本求解方程I＝YU求解電磁暫態仿真等效模型建立的方程，獲取當前時刻換流器電磁暫態模型仿真結果；

(5)根據當前時刻網絡各節點狀態量，更新電磁暫態仿真等效導納陣和歷史電流源用于下一時刻求解，回到步驟(2)，直至到達仿真終止時間；

步驟(1)中，換流器電磁暫態仿真模型包括電力電子開關、電感、電容和控制部分，具體關系如下：

直流側電壓U_dc由外部直流電壓源提供，直流側輸出電流I_dc與輸出功率P_dc經過直流側并聯電容后傳入若干組由上下兩個開關組成的橋臂，再傳出到交流電網U_ac中；電網反饋有功功率P_grid和無功功率Q_gird給外環控制器，外環控制器輸出電流參考值idref、iqref給內環控制器，內環控制器將交流側dq軸電流分量id、iq與參考值大小進行比較產生逆變器的SPWM控制信號；

步驟(2)中，交叉初始化修正方法具體為：

在換流器運行狀態切換時刻，動作開關的注入電流源使用對應橋臂上另一開關的電壓和電流的歷史狀態量計算得到，可大大減小切換時刻初值的誤差偏移，假設換流器運行狀態由S₁關斷、S₂導通切換至S₁導通、S₂關斷，得到交叉初始化初值為：

用上述狀態量初值求解狀態切換時刻注入電流源I_inj,up(t),I_inj,down(t)_；

步驟(3)中，建立換流器電磁暫態仿真等效模型具體為：

對于給定電力電子開關，用以下方程來表述：

其中，α、β分別為等效注入電流源的電壓系數、電流系數；

對于電感、電容元件，利用后向歐拉法求等效導納和歷史電流源：

上式為含有未知狀態量電壓u(t)、電流i(t)和已知狀態量前一時刻電壓u(t-△t)、前一時刻電流i(t-△t)的代數方程，通過化簡得形如i＝G_eq*u+I_inj的形式，進而可得到電磁暫態仿真等效導納矩陣G_eq和等效注入電流源I_inj，根據I＝YU求解代數方程組；

步驟(4)中，根據網絡拓撲結構和預期控制效果建立電磁暫態仿真模型的步驟如下：

(41)建立換流器參數化恒導納模型：

(42)對開關模型進行復頻域穩態運行分析，得到開關模型參數表達式為：

(43)根據網絡拓撲結構求解得到關于換流器橋臂中點電壓和關斷狀態下開關的矩陣方程，其中上橋臂開關導通、下橋臂開關關斷：

(44)分析參數化模型暫態運行特性，得到兩種不同運行狀態下模型對應參數如下：

時，

時，

(45)建立換流器電磁暫態仿真系統控制環節、網側接口模型，聯立電磁暫態基本求解方程I＝YU；

(46)結合接口參數求解換流器電磁暫態仿真方程，得到當前時刻各節點狀態量用于更新電磁暫態等效導納矩陣和歷史電流源，回到步驟(43)繼續計算直到到達仿真終止時間。