[發(fā)明專利]一種基于交叉初始化的換流器參數(shù)化恒導(dǎo)納建模方法

有效

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• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111881533B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧偉;曹陽;鄒德虎;李珂;史坤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;H02J3/24
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張?zhí)煺?/td>

本發(fā)明公開了一種基于交叉初始化的換流器參數(shù)化恒導(dǎo)納建模方法，包括如下步驟：步驟(1)對換流器進行參數(shù)化建模，開關(guān)采用參數(shù)歷史電流源恒導(dǎo)納模型，其他元件基于EMTP理論建立模型；步驟(2)檢測是否發(fā)生狀態(tài)切換，如果發(fā)生則進行交叉初始化修正；步驟(3)確定模型參數(shù)，建立全網(wǎng)等效導(dǎo)納矩陣和注入電流源，得到電磁暫態(tài)仿真等效模型；步驟(4)根據(jù)基本求解方程I＝Y(jié)U求解網(wǎng)絡(luò)潮流，得到當前時刻換流器電磁暫態(tài)模型仿真結(jié)果；步驟(5)通過當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)量計算下一時刻等效導(dǎo)納矩陣和注入電流源，再回到步驟(2)，直至仿真終止。本發(fā)明優(yōu)化了換流器模型，解決了虛擬功率損耗問題，進一步提高了換流器模型電磁暫態(tài)仿真的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)動態(tài)仿真與建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于交叉初始化的換流器參數(shù)化恒導(dǎo)納建模方法。

背景技術(shù)

自上世紀五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)舞臺，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領(lǐng)域的一次革命，使電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時代，這標志著電力電子的誕生。進入70年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，普通晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展，是電力電子技術(shù)的又一次飛躍，先后研制出GTR、GTO、P-MOSFET等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。而以IGBT為代表的第三代電力電子器件，開始向大容易高頻率、響應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。而進入90年代電力電子器件正朝著復(fù)臺化、標準模塊化、智能化、功率集成的方向發(fā)展，以此為基礎(chǔ)形成一條以電力電子技術(shù)理論研究，器件開發(fā)研制，應(yīng)用滲透性，在國際上電力電子技術(shù)是競爭最激烈的高新技術(shù)領(lǐng)域。

隨著大容量柔性直流輸電、柔性交流輸電在我國電網(wǎng)中的進一步應(yīng)用，以及電網(wǎng)中微網(wǎng)、可再生能源的大規(guī)模接入，現(xiàn)代電力系統(tǒng)呈現(xiàn)電力電子化的趨勢和復(fù)雜性日益增加的特征，對于可再生能源運行狀態(tài)的仿真分析研究愈發(fā)重要。傳統(tǒng)的數(shù)字機電暫態(tài)仿真已無法對其進行準確模擬，數(shù)字電磁暫態(tài)仿真逐漸成為精確模擬當今及未來電網(wǎng)的有效手段。然而，大量電力電子裝置頻繁的開關(guān)頻率和復(fù)雜的控制策略，使得傳統(tǒng)數(shù)字電磁暫態(tài)仿真效率極低，與當今電力系統(tǒng)研究、生產(chǎn)、模擬等方面對仿真效率的需求極不相符。因此必須在兼顧準確性的前提下研究高效數(shù)字電磁暫態(tài)仿真技術(shù)。

電力電子器件的高頻特性給硬件在環(huán)仿真帶來了極大的困難，特別是在新能源中應(yīng)用較廣的換流器，一直是電力系統(tǒng)仿真分析的關(guān)鍵點。電力電子開關(guān)的處理關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)求解的精度和效率。帶有大量電力電子裝置的系統(tǒng)中，如HVDC、FACTS等，如何仿真其中的電力電子開關(guān)是該類系統(tǒng)仿真的主要難點。為了兼顧其仿真精度和時間，可以從平均模型、特性分析建模、積分方法和插值算法等方面對電力電子開關(guān)電磁暫態(tài)仿真模型進行優(yōu)化。開關(guān)器件電磁暫態(tài)模型的優(yōu)化，不僅可以提升模型的仿真精度，還能一定程度上提高仿真計算可行的最大步長，同時也可以加快其仿真時狀態(tài)切換的誤差收斂速度，對高精度電磁暫態(tài)仿真的發(fā)展有著顯著意義。

我國電磁暫態(tài)仿真研究已經(jīng)具備了一定的規(guī)模，逐漸推出了如ADPSS、DDRTS、CloudPSS等電磁暫態(tài)仿真平臺，在電磁暫態(tài)仿真領(lǐng)域已經(jīng)具備了一定的水平。但我國在電磁暫態(tài)仿真研究方面起步相對較晚，與日本、美國等仍然存在較大差距，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)中復(fù)雜的換流器模型的仿真是目前電磁暫態(tài)仿真研究的一大關(guān)鍵點，換流器模型的仿真效果直接影響現(xiàn)代電力系統(tǒng)中新能源模型能否穩(wěn)定控制與運行。

未來二三十年，將是我國能源生產(chǎn)消費方式和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整變革的關(guān)鍵時期，新能源技術(shù)將會迎來更加廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展機遇。基于交叉初始化的換流器參數(shù)化恒導(dǎo)納模型，能明顯提高新能源電磁暫態(tài)仿真的精度和仿真的最大可行步長，可以很好解決虛擬功率損耗問題，對電力電子器件的電磁暫態(tài)仿真建模起指導(dǎo)作用，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析中具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容