一种柔性直流机电与电磁混合仿真方法
【专利摘要】本发明提供了一种柔性直流机电与电磁混合仿真方法，包括以下步骤：(1)建立柔性直流电压源换流器交流侧电磁暂态仿真模型；(2)建立电压源换流器直流侧输电系统电磁暂态仿真模型；(3)建立电压源换流器控制器的数值计算模型；(4)建立锁相环电磁暂态计算模型；(5)将机电量与电磁量相互转换；(6)进行柔性直流机电与电磁混合仿真。通过本发明提供的方法，可以提高含有柔性直流线路的交直流混联电网仿真计算精度，为混联电网特性分析与控制策略制定，提供精准的仿真工具。
【专利说明】一种柔性直流机电与电磁混合仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于用户自定义程序的柔性直流机电与电磁混合仿真方法。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电(VSC-HVDC)是以由绝缘栅双极晶体管组成的电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC)为核心部件的新型直流输电技术。该输电技术具有可向弱交流电网或无源网络供电、两端换流站之间无需通信、可同时控制有功和无功功率、不影响交流电网短路电流水平等技术优点。该项输电技术以其显著的技术优点，受到了学术界与电力工程界的广泛关注，是现代电力系统研究的一个热门领域。
[0003]随着大容量电力电子器件以及微机控制技术的快速发展，百万千瓦级柔性直流输电线路将会在近些年投入电网运行，例如规划2014年我国大连电网将建成±320kV/1000MW柔性直流输电工程。大容量交直流输电通道混联运行，电网稳定性和动态特性将会发生深刻变化，电网科学合理规划、设备安全可靠运行、系统连续稳定供电，均面临新的更大挑战。为准确揭示交直流混联电网特性以及动态过程中柔性直流内部状态量的变化，需在兼顾大电网仿真计算效率的前提下，提高交直流混联电网的仿真精度。
【发明内容】
[0004]为克服上述缺陷，本发明提供了一种基于用户自定义程序的柔性直流机电与电磁混合仿真方法，能够兼顾大电网仿真计算效率和直流仿真精度的双重要求，为混联电网规划、运行与控制提供有力的技术手段。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种基于用户自定义程序的柔性直流机电与电磁混合仿真方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤:
[0006](I).建立柔性直流电压源换流器交流侧电磁暂态仿真模型；
[0007](2).建立电压源换流器直流侧输电系统电磁暂态仿真模型；
[0008](3).建立电压源换流器控制器的数值计算模型；
[0009](4).建立锁相环电磁暂态计算模型；
[0010](5).将机电量与电磁量相互转换；
[0011](6).进行柔性直流机电与电磁混合仿真。
[0012]优选地，所述步骤(I)中，电压源换流器通过换流变压器与交流母线互联，其等值模型由RL串联电路表示；该步骤包括:由电压源换流器交流侧换流变压器参数得出以电感电流为状态变量的动态微分方程，并应用隐式梯形积分公式将其差分化，以建立所述交流侧电磁暂态仿真模型；
[0013]所述换流变压器参数包括:电压源换流器交流母线和出口母线的基波三相瞬时电压、电压源换流器注入交流母线的三相瞬时值电流；
[0014]所述动态微分方程为:[0015]
【权利要求】
1.一种柔性直流机电与电磁混合仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1).建立柔性直流电压源换流器交流侧电磁暂态仿真模型； (2).建立电压源换流器直流侧输电系统电磁暂态仿真模型； (3).建立电压源换流器控制器的数值计算模型； (4).建立锁相环电磁暂态计算模型； (5).将机电量与电磁量相互转换； (6).进行柔性直流机电与电磁混合仿真。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中，电压源换流器通过换流变压器与交流母线互联，其等值模型由RL串联电路表示；该步骤包括:由电压源换流器交流侧换流变压器参数得出以电感电流为状态变量的动态微分方程，并应用隐式梯形积分公式将其差分化，以建立所述交流侧电磁暂态仿真模型； 所述换流变压器参数包括:电压源换流器交流母线和出口母线的基波三相瞬时电压、电压源换流器注入交流母线的三相瞬时值电流； 所述动态微分方程为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括:由直流侧输电系统动态元件对应的状态变量得出直流侧输电系统的三阶动态微分方程，并用隐式梯形积分公式对其差分化，以建立所述直流侧输电系统电磁暂态仿真模型； 所述直流侧输电系统动态元件对应的状态变量包括:电压源换流器直流侧电容电压Udl > Ud2和直流输电线路电感电流id ; 所述三阶动态微分方程为:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述电压源换流器采用脉宽调制(PWM)控制方式；该步骤包括:构建比例积分调节器；依据交流有功功率或直流电压运行值与目标值间的偏差调节电压源换流器输出电压相位，并得出对应的一阶微分方程组；依据交流无功功率或交流电压运行值与目标值间的偏差调节电压源换流器输出电压幅值，并得出对应的一阶微分方程组；分别对所述微分方程进行差分化，以建立所述数值计算模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括:模拟锁相环的相位测量动态特性，将所得方程差分化以建立所述锁相环电磁暂态计算模型；对应的差分方程如下:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(5)中，所述机电量为UsjJPUsy,采用xy同步旋转坐标系下的基波相量，所述电磁量为Ua、Ub、U。,采用abc坐标系下的三相瞬时值；所述相互转换用下式表达:
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:电压源换流器出口电压的abc坐标系三相瞬时值同步旋转坐标系分量间的转换关系式如下:
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(6)中，应用电力系统分析综合程序(PSASP/ST)用户自定义程序(UP)功能，进行所述混合仿真，包括如下步骤: (6 -1)、用户自定义程序UP读取主程序ST输入的MARK标志位； (6 -2)、若MARK>0，表明主程序ST与用户程序UP交替计算已经收敛，UP程序可保存本时步计算结果，并计算下一时步求解所需相关量； 若MARK〈0，表明主程序ST要求用户程序UP执行差分方程计算，且本时步计算结果尚需与ST进行交互迭代； (6 - 3)、依次计算电压源换流器出口电压、与交流电网交换功率对应的代数方程，以及换流器交流侧电流、直流输电系统和控制系统状态变量所对应的差分方程；用户自定义UP程序内部迭代求解，直至相邻两次迭代状态变量最大差值小于迭代误差； (6 -4)、用户自定义程序UP迭代收敛后，应用更新后的状态变量求解电压源换流器注入所连接交流母线的电流，并返回主程序ST ； (6 - 5)、循环求解至仿真结束。
【文档编号】G05B17/00GK103558766SQ201310317103
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】郑超, 盛灿辉, 马世英, 陈得治, 张志强, 申旭辉, 陈湘, 宋云亭, 李晶, 邱丽萍, 吉平, 周俊, 李再华, 杨琦, 张鑫 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网四川省电力公司