一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统，包括：获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；基于所述桥臂电抗、子模块电容和桥臂中的子模块数目和预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统
本专利技术属于电力电子领域，具体涉及一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统。
技术介绍
模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter,MMC)相比两电平换流器具有模块化设计易于扩展、避免了多个IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)串联的难题、谐波特性好等优点，在电压源换流器型高压直流输电等领域应用得到广泛应用。MMC模块化设计易于扩展但同时也造成了子模块数目众多、节点规模庞大且开关动作频繁无法实现快速仿真及实时仿真的新问题。以251电平半桥型MMC为例，一个换流站需要1500个子模块，每一个子模块中有4个开关元件，而且每一个仿真步长中开关元件的开通、关断状态都可能发生变化。因此，仿真超大规模MMC会给电磁暂态仿真带来非常大的计算负担，仿真过程极其缓慢，严重降低了与MMC仿真相关的科学研究的效率。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术提出一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统，根据大电网仿真中MMC外部等效电气特性的特点对MMC进行建模仿真，分别采用可控电压源和可控电流源模拟MMC交直流侧外部特性，提高仿真速度。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种柔性直流输电装置的仿真方法，所述方法包括：获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；基于所述桥臂电抗、子模块电容和桥臂中的子模块数目和预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；所述预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建。优选的，所述预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建包括：计算主电路参数，所述主电路参数的计算包括：计算直流侧等效电抗和直流侧等效电容；确定交流侧等效电压源控制量，所述交流侧等效电压源控制量的确定包括：采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量；确定直流侧可控电流源控制量，所述直流侧可控电流源控制量的确定包括：采用直流侧可控电流源模拟模块化多电平换流器直流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源控制量。进一步地，所述采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性包括：针对交流侧等效电路，采用可控电压源等效模块化多电平换流器桥臂。进一步地，所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量由下式确定：其中，VsmN为子模块电压额定值，vjp为j相上桥臂参考电压，vjn为j相下桥臂参考电压，ujp为离散化后的j相上桥臂参考电压，ujn为离散化后的j相下桥臂参考电压，round()为取整数函数。进一步地，所述上桥臂参考电压vjp和下桥臂参考电压vjn由下式确定：其中，vdc为直流电压，v+j为双闭环控制生成的j相参考电压，v-j为负序电流抑制产生的j相参考电压，vcirj为环流抑制产生的j相参考电压，j＝a,b,c；a,b,c分别表示模块化多电平换流器三相桥臂的三相。优选的，所述采用直流侧可控电流源模拟模块化多电平换流器直流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源控制量包括：针对直流侧等效电路，采用等效电抗和等效电容模拟可控电压源等效模块的桥臂；当不考虑损耗时，直流侧可控电流源的控制量等于交流侧等效电压源控制量；当考虑损耗时，直流侧可控电流源的控制量等于交流侧等效电压源控制量加上交流侧等效电抗串联的电阻阻值。进一步地，所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源的控制量由下式确定：其中，uj为交流侧j相电压，ij为交流侧j相电流，vdc为直流侧电压，ieq为直流侧可控电流源控制量。进一步地，其特征在于，所述主电路参数的计算式如下；其中，Leq为直流侧等效电抗，Larm为桥臂电抗，Ceq为直流侧等效电容，Csm为子模块电容，N为模块化多电平换流器桥臂中的子模块个数。一种柔性直流输电装置的仿真系统，包括：获取模块，用于获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；仿真模块，用于基于预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性。优选的，所述仿真模块，包括：构建单元，用于通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建模块化多电平换流器模型。进一步地，所述构建单元，包括：计算子单元，用于计算直流侧等效电抗和直流侧等效电容；第一确定子单元，用于采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量；第二确定子单元，用于采用直流侧可控电流源模拟模块化多电平换流器直流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源控制量。与最接近的现有技术比，本专利技术的有益效果为：本专利技术所提出的一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统，获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；基于所述桥臂电抗、子模块电容和桥臂中的子模块数目和预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；其中，预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建。在构建过程中考虑了主控中的双闭环控制、负序电流抑制和环流抑制，从而减轻了仿真超大规模MMC给电磁暂态仿真带来的计算负担，提高仿真速度，提高了与柔性直流输电装置仿真相关的科学研究的效率。且本专利技术所提出的方案根据MMC交直流侧功率守恒原理，采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量；采用直流侧可控电流源模拟模块化多电平换流器直流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源控制量；使得仿真过程简单且易于实现。提出的方案可以采用较大的仿真步长，由于采用了最近电平逼近的阶梯波，可以用于研究外部谐波特性。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的模块化多电平换流器的拓扑图；图2本专利技术实施例中提供的MMC控制系统结构示意图。图3本专利技术实施例中提供的MMC模型结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。根据电力系统大电网仿真中主要关注MMC的外部电气特性的特点，提出一种柔性直流输电装置的仿真方法及系统，可对MMC的部分复杂控制算法以及内部电路进行简化，提高其仿真速度。本专利技术尤其针对大电网仿真中系统级的仿真研究，根据MMC交直流侧功率守恒原理，分别用可控电压源和可控电流源进行建模，提高了仿真速度。MMC建模仿真时可以采用较大的仿真步长，由于使用了最近电平逼近的阶梯波，可以用于研究外部谐波特性。其方法具体包括以下步骤：S1获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；S2基于预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性，包括：主电路单元用于模拟模块化多电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性直流输电装置的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；基于所述桥臂电抗、子模块电容和桥臂中的子模块数目和预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；所述预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电装置的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：获取桥臂电抗电压、子模块电容和桥臂中的子模块数目；基于所述桥臂电抗、子模块电容和桥臂中的子模块数目和预先建立的模块化多电平换流器模型，对柔性直流输电装置进行仿真，获得柔性直流及直流电网不同工况下的机电暂态运行特性；所述预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先建立的模块化多电平换流器模型通过主电路参数、交流侧等效电压源控制量和直流侧可控电流源控制量进行构建包括：计算主电路参数，所述主电路参数的计算包括：计算直流侧等效电抗和直流侧等效电容；确定交流侧等效电压源控制量，所述交流侧等效电压源控制量的确定包括：采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量；确定直流侧可控电流源控制量，所述直流侧可控电流源控制量的确定包括：采用直流侧可控电流源模拟模块化多电平换流器直流侧外部特性，确定所述模块化多电平换流器模型直流侧可控电流源控制量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用交流侧可控电压源模拟模块化多电平换流器交流侧外部特性包括：针对交流侧等效电路，采用可控电压源等效模块化多电平换流器桥臂。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模块化多电平换流器模型交流侧等效电压源控制量由下式确定：其中，VsmN为子模块电压额定值，vjp为j相上桥臂参考电压，vjn为j相下桥臂参考电压，ujp为离散化后的j相上桥臂参考电压，ujn为离散化后的j相下桥臂参考电压，round()为取整数函数。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述上桥臂参考电压vjp和下桥臂参考电压vjn由下式确定：其中，vdc为直流电压，v+j为双闭环控制生成的j相参考电压，v-j为负序电流抑制产生的j相参考电压，vcirj为环流抑制产生的j相参考电压，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广禄，彭红英，张星，徐得超，陈绪江，穆清，乔小敏，徐翌征，林因，吴丹岳，黄道姗，黄霆，刘智煖，苏清梅，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11