[發明專利]基于參數化恒導納模型的多逆變器仿真建模與優化方法

在審

• 申請號: 202111658183.2
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114429039A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 蔣嘯宇;樓冠男;顧偉;李珂;楊志淳;楊帆;沈煜
• 申請（專利權）人: 東南大學;國網湖北省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/27;G06N3/12;G06F111/06;G06F113/04
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 趙丹

本發明公開基于參數化恒導納模型的多逆變器仿真建模與優化方法，所述多逆變器仿真建模與優化方法包括如下步驟：S1:根據參數化恒導納開關的穩態匹配值確定逆變器中的部分參數；S2:采用參數化恒導納開關替換電路中開關，先對單個逆變器建立狀態空間，并以此為基礎對整個系統建立狀態空間表達式；S3:根據系統的狀態矩陣，構造譜半徑與逆變器參數間的關系，并根據譜半徑?穩定性原理確定系統穩定域；S4:將狀態矩陣按編號分塊，以暫態收斂速度、波動大小、系統耦合程度的加權平均為目標函數進行優化，最終得到優化后的參數；S5:對各逆變器進行橋臂交叉初始化，通過狀態切換時刻上下橋臂間交叉賦值，進一步削弱暫態波動，提升系統動態性能。

技術領域

本發明涉及電力電子換流器建模領域，具體是一種基于參數化恒導納模型的多逆變器仿真建模與優化方法。

背景技術

隨著高密度分布式電源的大量接入，具有高頻特性的電力電子器件數量大幅增加，這在多換流器系統中的體現尤為明顯。在各類換流器中，逆變器因在新能源發電中的廣泛應用而受到關注，對其的仿真研究一直是電力系統仿真分析中的關鍵點。作為模擬檢驗系統運行的重要手段，仿真的效率與精度應當滿足目前大規模電力系統的需求。多逆變器系統作為常見的仿真模塊，其運行速度直接影響了系統整體的仿真效率。因此，如何在多逆變器系統建模過程中兼顧精度與效率，成為眾多專家學者關注的重點。

逆變器是高密度電力電子器件分布的現代電力系統中重要的構成部分，對其的仿真對于新能源并入電網以及確保電力系統中穩定控制與運行具有重要的參考價值。變流器模型中含有大量狀態高頻率變化的電力電子開關，其建模和仿真方法將對仿真的整體精度和效率產生重大影響，因此受到學者們的廣泛關注。國內包括中國電科院、天津大學、上海交通大學等研究機構的科研團隊在變流器模型的小步長電磁暫態仿真方面取得了一定成果。通常情況下，逆變器等換流器中的開關模型采用二值電阻模型、LC模型或平均化模型，這類模型各有優勢，但也存在明顯缺陷。二值電阻模型常用于離線仿真軟件PSCAD中，它將導通狀態等效為一個小電阻，關斷狀態等效為大電阻，實現了開關建模。由于導通、關斷狀態阻值不同，每次狀態切換后整個系統的導納矩陣需要重新生成，在電力電子的高頻情況下就會占用大量的仿真資源，影響仿真效率。LC模型則由于恒導納特性，不需要重新生成導納矩陣，但其等效的電感、電容會帶來無法消除的暫態波動過程，影響動態性能。平均化模型則是將一定周期內的開關值做平均處理，在低頻時具有較好的可行性，但在高頻下性能與理想開關有較大差異。

目前，參數化恒導納模型在具有較高仿真效率的情況下，仍能滿足一定的精度，具有較高的實用性。但其僅在斬波電路、單逆變器等簡單電路中驗證了可行性。而在應用于多逆變器系統時，會出現參數可行域變化與適配問題。因此，研究其對于多逆變器系統的參數適應方法是非常有必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供基于參數化恒導納模型的多逆變器仿真建模與優化方法，基于參數化恒導納開關模型，提出考慮系統暫態收斂速度、暫態波動大小、系統耦合程度的多逆變器動態過程優化指標及計算方法，并針對橋臂狀態切換誤差，提出交叉初始化的方法，進一步優化暫態過程。從而為參數化多逆變器系統結構設計提供依據，實現在保證一定精度的前提下，多逆變器模型的高效仿真，進而提高有源配電網的仿真速度。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

基于參數化恒導納模型的多逆變器仿真建模與優化方法，所述多逆變器仿真建模與優化方法包括如下步驟：

S1:根據參數化恒導納開關的穩態匹配值確定逆變器中的部分參數；

S2:采用參數化恒導納開關替換電路中開關，先對單個逆變器建立狀態空間，并以此為基礎對整個系統建立狀態空間表達式；

S3:根據系統的狀態矩陣，構造譜半徑與逆變器參數間的關系，并根據譜半徑-穩定性原理確定系統穩定域；

S4:將狀態矩陣按編號分塊，以暫態收斂速度、波動大小、系統耦合程度的加權平均為目標函數進行優化，最終得到優化后的參數；