一种电力电子化接口电源降阶建模方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电力电子化接口电源降阶建模方法及系统，所述降阶建模方法包括：获取系统参数、根据所述系统参数，构建电力电子接口电源电磁暂态模型、根据所述电力电子接口电源电磁暂态模型，建立电力电子化接口电源的降阶模型，其中所述电力电子接口电源的降阶模型包括基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型和混合仿真微分代数方程模型。本发明专利技术提出的技术方案，大大降低了现有电力电子化接口的暂态模型在实际应用中的复杂性，便于实际应用，通用性好，适用于系统级计算，适合推广使用。

A reduced order modeling method and system for power electronic interface power supply

The invention provides a modeling method and system for power electronic interface power reduction, which includes obtaining system parameters and constructing electric power electronic interface power electromagnetic transient model according to the system parameters, and establishing electric power electronic interface based on the power electronic interface power supply. The reduced order model of power supply, including the reduced order model of power electronic interface power, includes the differential algebraic equation model of power system and the hybrid simulation differential algebraic equation model based on fast and dynamic process simplification. The technical scheme proposed by this invention greatly reduces the complexity of the transient model of the existing electric electronic interface in practical application, is convenient for practical application, and has good generality. It is suitable for system level calculation and is suitable for popularization and use.

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子化接口电源降阶建模方法及系统
本专利技术属于电力系统建模与控制
，具体涉及一种电力电子化接口电源降阶建模方法及系统。
技术介绍
随着电力电子技术和可再生能源发电的大规模发展，大量电源/负荷装备通过电力电子接口并入电网，电力系统呈现电力电子化的趋势，需要了解电力电子接口电源的动态建模与含高比例电力电子装置的电力系统暂态稳定机理。暂态稳定问题中电力电子接口电源建模存在的主要问题是，现有模型或过于详细不利于机理分析，或过于简化而丢失精度，且适用条件模糊，目前尚未有成熟的理论体系。已有方法主要集中于用电磁暂态模型计算并观察各种稳定指标，或者根据扩展等面积法则，将风力发电的注入功率等效、合并到同步机的电磁功率、阻尼系数或机械惯量中，以此作为解释机理，但依然没有摆脱传统功角稳定的体系。从建模角度说，电力电子接口电源的特征时间尺度远低于传统电源，控制方法、策略多样，而且电力电子设备中可以不包含旋转惯量元件，使得经典的慢动态功角概念消失。传统电力系统分析中很成熟的机电暂态模型体系与新式电源不匹配。新能源接入后局部交流系统的暂态功角、电压稳定变得互相耦合而十分复杂，尚无能直观的解释电网高度电力电子化后稳定的基本原理，这无疑妨碍了电网调度人员理解、运用新能源的稳定性特征。已有研究中普遍观察到，联运系统失稳不仅表现为同步机功角的相互摆开，还有可能出现电压的快速发散。此外，电网还存在故障穿越以及穿越后较长一段时间的动态电压稳定问题。为此需要提供一种基于准功率源奇异摄动特性的电力电子化接口电源降阶建模方法，来用于获取基于奇异摄动理论电力电子接口电源的“准功率源特性”降阶建模，来克服现有电力电子化接口的暂态模型在实际应用中复杂性过高的不足，
技术实现思路
本专利技术提出一种电力电子化接口电源降阶建模方法，所述降阶建模方法包括如下步骤：获取系统参数；根据所述系统参数,构建电力电子接口电源电磁暂态模型；根据所述电力电子接口电源电磁暂态模型，建立电力电子化接口电源的降阶模型，其中电力电子化接口电源的降阶模型包括基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型和混合仿真微分代数方程模型。所述电磁暂态模型包括如下所示状态变量：[ixL,iyL,ix,iy,ux,uy,ix_f,iy_f,ux_f,uy_f,x1,x2,x3,x4,θPLL]T(1)其中，ixL+jiyL是线路电流，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值，x1～x4为控制器的积分变量，θPLL为锁相环PLL的状态变量即锁定的相位。构建电力电子化接口电源电磁暂态模型包括：外部网络/内部耦合电路环节、量测装置一阶低通滤波环节、锁定相位环节和控制器积分变量环节。所述外部网络/内部耦合电路环节的模型包括：选定参考系为全局xy坐标系，构建如下式(2)所示的包括外部网络和内部耦合电路动态的电气量方程：其中，ixL+jiyL是线路电流，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，ωB为角频率基值，RL+jXL为线路阻抗，Rf+jXf耦合电路阻抗，C为机端电容，RC为机端杂散电阻，Ex+jEy为变流器的输出内电动势，U0为系统侧电压。所述量测装置一阶低通滤波环节的模型如下式(3)所示：式中，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，Tf为所述一阶低通滤波环节的时间常数。所述锁定相位环节包括：用锁定的相位θPLL对电压、电流进行坐标变换，并计算瞬时功率；根据计算得到的瞬时功率，计算有功、无功电流的指令值。按下式(4)用锁定的相位θPLL对电压、电流进行坐标变换：其中，ud、uq分别为机端电压d轴及q轴分量，id、iq分别为d轴电流及q轴电流，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值。锁定的相位θPLL如下式所示：dθPLL/dt＝ωBKp_PLLuq(6)其中，ωB为角频率基值，uq为机端电压q轴分量，Kp_PLL为锁定相位环节参数。所述瞬时功率P+jQ如下式(5)所示：其中，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值。所述有功、无功电流的指令值如下式(7)所示：式中，Pref、Qref为有功功率及无功功率参考值，Kp1、Kp3分别对应有功功率及无功功率比例控制环节参数，Ki1、Ki3分别对应有功功率及无功功率积分控制环节参数，id_ref、iq_ref为d轴电流指令值及q轴电流指令值，x1和x3为控制器的积分变量，P+jQ为瞬时功率。所述控制器积分变量环节各控制器积分变量的动态方程如下式(8)所示：其中，x1～x4对应控制器的积分变量，Pref、Qref为有功功率及无功功率参考值，id_ref、iq_ref为d轴电流指令值及q轴电流指令值，P+jQ为瞬时功率，id、iq为d轴电流及q轴电流。dq坐标系下，变流器的输出内电动势如下式(9)所示：其中，Ed、Eq为d轴电势及q轴电势，ud、uq为机端电压d轴及q轴分量，Kp2、Kp4分别对应有功电流及无功电流比例控制环节参数，Ki2、Ki4分别对应有功电流及无功电流积分控制环节参数，x2和x4为控制器的积分变量，Xf为耦合电路电抗。将变流器的输出内电动势反变换成如下式(10)所述的xy坐标系下的调制波相量：其中，Ex+jEy为变流器的输出内电动势，Ed、Eq为d轴电势及q轴电势，θPLL为锁定的相位。建立基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型包括：按不同动态特征时间尺度将所述电力电子接口电源电磁暂态模型分为主导慢动态、随动快动态两种类型。保持慢动态个数与慢特征根个数相等，所述电力系统微分代数方程模型的状态变量x如下式(11)所示：x＝[x1,x2,x3,x4]T(11)其中，x1～x4为控制器的积分变量。所述建立基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型包括：为降低代数约束复杂度忽略量测装置一阶低通滤波环节动态，令式(3)为零，得到下式(12)：其中，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值。所述建立基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型包括：因为锁相环响应快速忽略其动态，令机端电压q轴分量uq＝0，则公式(6)为0，得到下式(13)：其中，θPLL为锁定的相位，ud为机端电压d轴分量，ux+juy为机端电压；根据公式(12)和(13)，中间变量y的电气量如下式(14)：y＝[ixL,iyL,ux,uy,ix,iy]T(14)基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型如下式(15)-(17)所示：其中，Pref、Qref为有功功率及无功功率参考值，Kp1、Kp3分别对应有功功率及无功功率比例控制环节参数，Ki1、Ki3分别对应有功功率及无功功率积分控制环节参数，x1和x3为控制器的积分变量，id、iq分别为d轴电流及q轴电流，ixL+jiyL是线路电流，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，RL+jXL为线路阻抗，Rf+jXf耦合电路阻抗，C为机端电容，Ex+jEy为变流器的输出内电动势，U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子化接口电源降阶建模方法，其特征在于，所述降阶建模方法包括如下步骤：获取系统参数；根据所述系统参数，构建电力电子接口电源电磁暂态模型；根据所述电力电子接口电源电磁暂态模型，建立电力电子接口电源的降阶模型，其中所述电力电子接口电源的降阶模型包括基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型和混合仿真微分代数方程模型。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子化接口电源降阶建模方法，其特征在于，所述降阶建模方法包括如下步骤：获取系统参数；根据所述系统参数，构建电力电子接口电源电磁暂态模型；根据所述电力电子接口电源电磁暂态模型，建立电力电子接口电源的降阶模型，其中所述电力电子接口电源的降阶模型包括基于快动态过程简化的电力系统微分代数方程模型和混合仿真微分代数方程模型。2.如权利要求1所述的降阶建模方法，其特征在于，所述电磁暂态模型包括如下所示状态变量：[ixL,iyL,ix,iy,ux,uy,ix_f,iy_f,ux_f,uy_f,x1,x2,x3,x4,θPLL]T其中，ixL+jiyL是线路电流，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值，x1～x4为控制器的积分变量，θPLL为锁相环PLL的状态变量即锁定的相位。3.如权利要求2所述的降阶建模方法，其特征在于，构建电力电子化接口电源电磁暂态模型包括：外部网络/内部耦合电路环节、量测装置一阶低通滤波环节、锁定相位环节和控制器积分变量环节。4.如权利要求3所述的降阶建模方法，其特征在于，所述外部网络/内部耦合电路环节的模型包括：选定参考系为全局xy坐标系，构建如下式所示的包括外部网络和内部耦合电路动态的电气量方程：其中，ixL+jiyL为线路电流，ix+jiy为输出电流，ux+juy为机端电压，ωB为角频率基值，RL+jXL为线路阻抗，Rf+jXf为耦合电路阻抗，C为机端电容，RC为机端杂散电阻，Ex+jEy为变流器的输出内电动势，U0为系统侧电压。5.如权利要求3所述的降阶建模方法，其特征在于，所述量测装置一阶低通滤波环节的模型如下式所示：式中，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值，ix+jiy是输出电流，ux+juy是机端电压，Tf为所述一阶低通滤波环节的时间常数。6.如权利要求3所述的降阶建模方法，其特征在于，所述锁定相位环节包括：用锁定的相位θPLL对电压、电流进行坐标变换，并计算瞬时功率；根据计算得到的瞬时功率，计算有功、无功电流的指令值。7.如权利要求6所述的降阶建模方法，其特征在于，按下式用锁定的相位θPLL对电压、电流进行坐标变换：其中，ud、uq分别为机端电压d轴及q轴分量，id、iq分别为d轴电流及q轴电流，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值；锁定的相位θPLL如下式所示：dθPLL/dt＝ωBKp_PLLuq其中，ωB是角频率基值，uq是机端电压q轴分量，Kp_PLL是锁定相位环节参数。8.如权利要求6所述的降阶建模方法，其特征在于，所述瞬时功率(P+jQ)如下式所示：其中，ix_f+jiy_f是输出电流测量值，ux_f+juy_f是机端电压测量值。9.如权利要求8所述的降阶建模方法，其特征在于，所述有功、无功电流的指令值如下式所示：式中，Pref、Qref为有功功率及无功功率参考值，Kp1、Kp3分别对应有功功率及无功功率比例控制环节参数，Ki1、Ki3分别对应有功功率及无功功率积分控制环节参数，id_ref、iq_ref为d轴电流指令值及q轴电流指令值，x1和x3为控制器的积分变量，P+jQ为瞬时功率。10.如权利要求3所述的降阶建模方法，其特征在于，所述控制器积分变量环节各控制器积分变量的动态方程如下式所示：其中，x1～x4对应控制器的积分变量，Pref、Qref为有功功率及无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琰，鲁宗相，汤海雁，乔颖，迟永宁，叶一达，魏林君，田新首，刘超，苏媛媛，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，清华大学，国网江苏省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11