基于试验的含变流器电力元件等效建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统中对含变流器电力元件的故障暂态仿真建模领域，具体涉及 一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法。
【背景技术】
[0002] 当前，变流器在电力系统获得了广泛应用，含变流器电力元件的大规模使用使得 传统继电保护装置所面对的故障特征发生了显著改变而存在适应性问题，进而威胁电网的 安全运行。分析含变流器电力元件的故障特征需要建立准确的电磁暂态仿真模型。变流器 的仿真精度决定了数字仿真对实际物理系统模拟的可信度，对含变流器系统暂态仿真研宄 有着直接影响；变流器的仿真速度则是评价暂态仿真方法实用性的另一个重要指标，尤其 是在含大规模变流器的电力系统中，变流器的仿真速度直接关系到整个系统的仿真性能。 因此，有效性和快速性是评价变流器模型优劣的两个指标。
[0003] 目前国内外针对变流器仿真模型的研宄，基本上可以归为以下三类：1)详细模 型；2)开关函数模型；3)平均值模型。文献《电力电子装置典型模型的适应性分析》中的详 细模型完整复现了变流器的实际拓扑结构，与物理模型完全一致，但由于变流器结构复杂， 模型比较庞大，需要占用大量计算机内存，仿真计算量随着系统规模成指数倍增长，严重制 约系统的仿真速度；文献《一种计及多重开关的电力电子时域仿真插值算法》中的开关函数 模型仅关注变流器的外部特性，减少了仿真计算量，提高了仿真速度，且开关函数的引入保 留了变流器输出中的高频分量，但开关动作时刻的计算仍然需要较大的计算量；文献《PWM 开关变换器的建模方法综述》中的平均值模型仅仅考虑变流器的输入、输出特性，该模型仅 仅保留了输出量中的低频分量，大幅度减少了变流器仿真计算量，但该方法稳定性分析不 准确，不能分析纹波。
[0004] 考虑到含变流器电力元件的时变非线性特点和控制策略的多样性，上述几种建模 方法难度大且无法有效推广。试验建模方法不依赖于系统的内部结构和参数，适用于一些 物理机理尚不清楚或难以用简单规律描述的动态过程。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
[0007] 该等效建模方法包括以下步骤：
[0008] 在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，并用所述指标 描述被控量的故障响应；然后通过故障试验得到试验数据，根据试验数据拟合出所述指标 与含变流器的电力元件的出口处残压的关系，进而得到被控量的故障响应与所述残压的关 系；再利用被控量与所述电力元件的输出量的关系，获得所述电力元件的输出量与所述残 压的关系，从而得到在外特性上与详细模型等效的简化模型。
[0009] 所述等效建模方法具体包括以下步骤：
[0010] 步骤1 :在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，所述 指标体系包括上升时间峰值时间tp、阻尼振荡角频率U d，原静态工作点Atl以及新的静 态工作点A1,则被控量的故障响应表示为：
【主权项】
1. 一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法，其特征在于：该等效建模方法包 括以下步骤： 在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，并用所述指标描述 被控量的故障响应；然后通过故障试验得到试验数据，根据试验数据拟合出所述指标与含 变流器的电力元件的出口处残压的关系，进而得到被控量的故障响应与所述残压的关系； 再利用被控量与所述电力元件的输出量的关系，获得所述电力元件的输出量与所述残压的 关系，从而得到在外特性上与详细模型等效的简化模型。
2. 根据权利要求1所述一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法，其特征在 于：所述等效建模方法具体包括以下步骤： 步骤1 :在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，所述指标 体系包括上升时间&、峰值时间tp、阻尼振荡角频率，原静态工作点心以及新的静态工 作点Ap则被控量的故障响应表示为：
其中，t表示时间； 步骤2 :在含变流器的电力元件详细模型下，针对不同的故障大小，进行多次故障试 验，得到多组试验数据，对试验数据进行拟合后求出k、tp、以及Ai与所述电力元件的出 口处残压um的函数关系： tr=tr(um),tp=tp(um), ?d= ?d(um),A:=A!(um) 步骤3 :结合步骤1和步骤2得到被控量的故障响应与所述电力元件的出口处残压um 的关系，则被控量的故障响应进一步表不为： y=f(tr (um),tp (um),?d (um),A〇,A: (um)) 步骤4:根据被控量与所述电力元件的输出量在所述电力元件中的物理关系以及步骤 3中的公式，求出所述电力元件的输出量与所述电力元件的出口处残压um的函数关系。
3. 根据权利要求2所述一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法，其特征在 于：所述指标体系还包括辅助计算指标，所述辅助计算指标包括阻尼振荡周期Td以及A、， Td为tp2与tp的时间差，tp2为第二次到达峰值的时间，At,为t,2与t,的时间差，t,2为第 二次达到静态工作点的时间，
，当％2可测时，T=Td;当tp2不可测时，T= 2A、。
【专利摘要】本发明公开一种基于试验的含变流器电力元件等效建模方法，在含变流器的电力元件中建立衡量被控量的故障响应的指标体系，并用所述指标描述被控量的故障响应；然后通过故障试验得到试验数据，根据试验数据拟合出所述指标与所述电力元件的出口处残压的关系，进而得到被控量的故障响应与所述残压的关系；再利用被控量与所述电力元件的输出量的物理关系，获得所述电力元件的输出量与所述残压的关系，从而得到在外特性上与详细模型等效的简化模型，本发明适用于对含大规模变流器的电力系统进行电磁暂态仿真分析。
【IPC分类】H02J3-00, G06F17-50
【公开号】CN104779613
【申请号】CN201510155054
【发明人】王子琦, 杨忠礼, 宋国兵, 王新铭, 李广超, 黄芳, 杨正颖, 钟高跃, 杨远航, 申全宇
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司新乡供电公司, 西安交通大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月2日