基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法技术

本发明专利技术涉及电力系统建模及分析技术领域，尤其一种基于开关周期平均原理的统一潮流控制器UPFC等效建模方法，包括：基于模块化多电平换流器MMC的统一潮流控制器UPFC模型由静止同步串联补偿器SSSC和并联的静止同步补偿器STATCOM构成，结合开关周期平均等效原理，分别建立静止同步补偿器STATCOM交流侧、直流侧等效受控源模型，然后分别建立同步串联补偿器SSSC交流侧、直流侧等效受控源模型，在同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM之间的直流母线上并联等效电容，实现UPFC的并联侧、串联侧的联合等效建模和仿真计算。本发明专利技术能够准确反映UPFC在电力系统次同步振荡、低频振荡的动态特性，简化UPFC模型，加快了计算速度，并且能够满足电力系统稳定分析与控制的精度要求。

Equivalent modeling method of unified power flow controller based on switching period average principle

The invention relates to the field of power system modeling and analysis, especially a unified power flow controller UPFC equivalent modeling method based on the switching cycle averaging principle, including the unified power flow controller UPFC model based on the modular multilevel converter MMC, the static synchronous series compensator SSSC and the parallel static synchronous compensator STATC The OM composition, combining the average equivalent principle of the switch cycle, establishes the equivalent controlled source model of the STATCOM AC side and the DC side of the static synchronous compensator respectively, and then sets up the equivalent control source model of the synchronous series compensator SSSC AC side and the DC side, and the direct current between the synchronous series compensator SSSC and the static synchronous compensator STATCOM. The equivalent capacitance is parallel to the bus bar to realize the joint equivalent modeling and simulation calculation of the parallel side and the series side of UPFC. The invention can accurately reflect the dynamic characteristics of UPFC in the subsynchronous and low-frequency oscillations of the power system, simplify the UPFC model, speed up the calculation speed, and can meet the precision requirements of the stability analysis and control of the power system.

【技术实现步骤摘要】
基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法
本专利技术涉及电力系统建模及分析
，尤其一种基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)的统一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller，UPFC)具有谐波特性好、易于模块化设计、体积紧凑和不需要器件直接串联等优点，适用于高压大容量的输电领域，可以提高线路输电容量，改善系统暂态稳定，优化潮流降低网络损耗，因此受到重视。建立适用于不同应用需要的MMC-UPFC仿真模型是仿真分析MMC-UPFC在电力系统中应用的基础，准确建立反映实际子模态及其相互连接的电磁暂态模型规模庞大，仿真速度极慢。如世界首个MMC工程(TransBayCableProject,TBC)额定容量为400MW，直流电压为±200kV，单桥臂含216个子模块，整个MMC装置共有12551个子模块，建立准确反映子模块及其连接关系的电磁暂态模型规模庞大，如果仿真步长为20us，仿真时长为5s，经仿真测试并估算可得每次仿真需要3000h(125d)以上，这将导致控制参数的调节与优化及后续研究工作无法开展。因此一些研究人员提出了不同的简化提速建模方法，有文献提出了将MMC各个子模块分立建模后利用受控电流源串联连接的MMC仿真提速模型，该模型采用多个分立子模块，可以在一定程度上提高MMC的仿真速度，但当电平数增多时，由于仍需建立分立子模块的详细电磁暂态模型，仿真速度仍会受限。有文献提出了利用自定义数值计算模块求解每个子模块的动态特性并配合受控电压源对桥臂输出电压建模的MMC快速电磁暂态仿真模型，此仿真模型可以得到与详细开关模型基本一致的仿真结果，但是这种建模方法仍比较复杂。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法，包括：步骤1：结合开关周期平均等效原理，分别建立静止同步补偿器STATCOM的交流侧、直流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的交流侧用三相受控电压源进行等效，静止同步补偿器STATCOM的直流侧用一个受控电流源进行等效；步骤2：结合开关周期平均等效原理，分别建立同步串联补偿器SSSC的交流侧、直流侧等效模型，同步串联补偿器SSSC的交流侧等效模型电路用三相受控电压源进行等效，同步串联补偿器SSSC的直流侧受控电流源用受控电流源进行等效；步骤3：建立同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM直流侧并联等效电容电路，在同步串联补偿器SSSC与并联侧STATCOM之间的直流母线上并联等效电容，建立直流侧等效电路实现UPFC的并联侧、串联侧的联合仿真计算。所述步骤2具体包括：统一潮流控制器UPFC由静止同步串联补偿器SSSC和并联的静止同步补偿器STATCOM构成，静止同步串联补偿器SSSC、静止同步补偿器STATCOM都是由MMC型换流器组成，每个三相MMC型换流器中每相由上下两个桥臂组成，每个桥臂由若干个结构相同的半桥子模块换流器串联后再与一个电抗器L串联组成，MMC中每个半桥子模块在开关周期上的平均电压与平均电流之间的关系为：其中，D表示半桥子模块功率开关变换器的占空比；为半桥子模块交流侧端口输出的平均电压；为半桥子模块直流侧电容的直流电压；为半桥子模块交流侧端口的平均电流；为半桥子模块直流侧电容的平均电流。模块化多电平换流器MMC采用载波移相正弦脉宽调制策略对每个桥臂中的N个子模块换流器进行脉宽调制，针对基波及低频率分量有：其中，u1.total为模块化多电平换流器MMC输出的交流侧相电压；N为每个桥臂中子模块换流器的个数；为子模块换流器输出的开关周期平均电压，步骤2.2：建立静止同步补偿器STATCOM的交流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的交流侧由三相受控电压源表示为：其中，vSTATCOM.fga、vSTATCOM.fgb、vSTATCOM.fgc分别为静止同步补偿器STATCOM交流侧abc三相等效受控电压源电压；Nstatcom为每个桥臂上串联子模块的数量，vc.statcom为子模块直流电容电压，Vdc.statcom为静止同步补偿器STATCOM直流侧电压；dTstatcom.a、dTstatcom.b、dTstatcom.c分别为abc三相的等效变换系数，静止同步补偿器STATCOM的abc三相的等效变换系数分别为：其中，vstatcom.aref、vstatcom.bref、vstatcom.cref为静止同步补偿器STATCOM的abc三相参考电压；Kstatcom为静止同步补偿器STATCOM的交直流等效系数，其中，ua.statcom为静止同步补偿器STATCOM的交流侧相电压有效值，步骤2.3：建立静止同步补偿器STATCOM的直流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的直流侧等效为一个受控电流源，该受控电流源为：iSTATCOM.fgg＝dTstatcom.a·iSa1+dTstatcom.b·iSb1+dTstatcom.c·iSc1(8)其中，iSa1、iSb1、iSc1为静止同步补偿器STATCOM交流侧的三相电流。所述步骤3具体包括：步骤3.1:建立同步串联补偿器SSSC的交流侧等效模型，其中，vSSSC.fga、vSSSC.fgb、vSSSC.fgc分别为同步串联补偿器SSSC的交流侧三相等效受控电压源电压；Nsssc为同步串联补偿器SSSC每个桥臂上串联子模块的数量；vc.sssc为子模块直流电容电压；Vdc.sssc为同步串联补偿器SSSC直流侧电压；dTsssc.a、dTsssc.b、dTsssc.c分别为abc三相的等效变换系数分别为：其中，vsssc.aref、vsssc.bref、vsssc.cref分别为同步串联补偿器SSSC侧控制部分生成的abc三相参考电压；Ksssc是同步串联补偿器SSSC的交直流等效系数：其中，ua.sssc为同步串联补偿器SSSC交流侧相电压有效值，步骤3.2：建立同步串联补偿器SSSC的直流侧等效模型，同步串联补偿器SSSC的直流侧等效为一个受控电流源为：iSSSC.fgs＝dTsssc.a×iSa2+dTsssc.b×iSb2+dTsssc.c×iSc2(14)其中，iSa2、iSb2、iSc2为同步串联补偿器SSSC交流侧三相电流。所述步骤4具体包括：采用周期平均值等效原理，在同步串联补偿器SSSC与并联侧静止同步补偿器STATCOM之间的直流母线上并联等效电容Cdc，用来模拟各子模块中电容的动态过程，直流等效电容Cdc为：其中，Nstatcom为静止同步补偿器STATCOM中级联的子模块换流器个数；Cstatcom为静止同步补偿器STATCOM中串联的子模块换流器的直流电容值；Nsssc为同步串联补偿器SSSC中串联的子模块换流器个数；Csssc为同步串联补偿器SSSC中的子模块换流器的直流电容值。有益效果本专利技术针对UPFC在接入电力系统后稳定分析与控制的具体需求，提出了一种基于平均周期等效模型的统一潮流控制器串联侧静止同步串联补偿器SSSC与并联侧静止同步补偿器STATCOM联合等效建模方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法，其特征在于，包括：步骤1：结合开关周期平均等效原理，分别建立静止同步补偿器STATCOM的交流侧、直流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的交流侧用三相受控电压源进行等效，静止同步补偿器STATCOM的直流侧用一个受控电流源进行等效；步骤2：结合开关周期平均等效原理，分别建立同步串联补偿器SSSC的交流侧、直流侧等效模型，同步串联补偿器SSSC的交流侧等效模型电路用三相受控电压源进行等效，同步串联补偿器SSSC的直流侧受控电流源用受控电流源进行等效；步骤3：建立同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM直流侧并联等效电容电路，在同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM之间的直流母线上并联等效电容，实现统一潮流控制器UPFC的并联侧、串联侧的联合仿真计算。

【技术特征摘要】
1.基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法，其特征在于，包括：步骤1：结合开关周期平均等效原理，分别建立静止同步补偿器STATCOM的交流侧、直流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的交流侧用三相受控电压源进行等效，静止同步补偿器STATCOM的直流侧用一个受控电流源进行等效；步骤2：结合开关周期平均等效原理，分别建立同步串联补偿器SSSC的交流侧、直流侧等效模型，同步串联补偿器SSSC的交流侧等效模型电路用三相受控电压源进行等效，同步串联补偿器SSSC的直流侧受控电流源用受控电流源进行等效；步骤3：建立同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM直流侧并联等效电容电路，在同步串联补偿器SSSC与静止同步补偿器STATCOM之间的直流母线上并联等效电容，实现统一潮流控制器UPFC的并联侧、串联侧的联合仿真计算。2.根据权利要求1所述的基于开关周期平均原理的统一潮流控制器等效建模方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：统一潮流控制器UPFC由静止同步串联补偿器SSSC和并联的静止同步补偿器STATCOM构成，静止同步串联补偿器SSSC、静止同步补偿器STATCOM都是由MMC型换流器组成，每个三相MMC型换流器中每相由上下两个桥臂组成，每个桥臂由若干个结构相同的半桥子模块换流器串联后再与一个电抗器L串联组成，MMC中每个半桥子模块在开关周期上的平均电压与平均电流之间的关系为：其中，D为半桥子模块功率开关变换器的占空比；为半桥子模块交流侧端口输出的平均电压；为半桥子模块直流侧电容的直流电压；为半桥子模块交流侧端口的平均电流；为半桥子模块直流侧电容的平均电流，模块化多电平换流器MMC采用载波移相正弦脉宽调制策略对每个桥臂中的N个子模块换流器进行脉宽调制，针对基波及低频率分量有：其中，u1.total为模块化多电平换流器MMC输出的交流侧相电压；N为每个桥臂中子模块换流器的个数；为子模块换流器输出的开关周期平均电压，步骤2.2：建立静止同步补偿器STATCOM的交流侧等效模型，静止同步补偿器STATCOM的交流侧由三相受控电压源表示为：其中，vSTATCOM.fga、vSTATCOM.fgb、vSTATCOM.fgc分别为静止同步补偿器STATCOM交流侧abc三相等效受控电压源电压；Nstatcom为每个桥臂上串联子模块的数量；vc.statcom为子模块直流电容电压；Vdc.statcom为静止同步补偿器STATCOM直流侧电压；dTstatcom.a、dTstatcom.b、dTstatcom.c分别为abc三相的等效变换系数，静止同步补偿器STATCOM的abc三相的等效变换系数分别为：其中，vst...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆振纲，祁欢欢，于弘洋，蔡林海，赵国亮，刘建坤，陈静，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11