一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法技术

本发明专利技术提供一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法，所述方法包括(1)将不同拓扑结构的VSC统一为同一个等效换流电路；(2)将UPFC划分为串联模块、并联模块、直流模块和控制模块；(3)根据不同的串并联组合方式，确定UPFC的各个模块的计算顺序并依次计算；(4)将UPFC部分与网络方程采用交替求解。本发明专利技术将UPFC分为了串联模块、并联模块、直流模块和控制模块，各个模块可以自由组合，所以具有非常高的灵活性，可以适应各种UPFC的接入电网方式及使用场景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统领域，具体涉及一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法。
技术介绍
UPFC(Unified Power Flow Controller，统一潮流控制器)是迄今为止通用性最好的FACTS装置，通过控制规律的改变，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿以及移相等不同功能。UPFC可以看作是一台静止同步补偿器装置(STATCOM)与一台静止同步串联补偿器装置(SSSC)在直流侧并联构成，它可以同时并快速、独立控制输电线路中的有功功率和无功功率，从而使得UPFC拥有STATCOM(Static Synchronous Compensator，静止同步补偿器装置)、SSSC(Static Series Synchronous Compensator，静止串联补偿器装置)、移相器等装置都不具备的四象限运行功能。UPFC的动态特性模拟，通常采用电磁暂态仿真的方法进行。具体方法包括如下几种：1)使用简化的模型，忽略装置内部的动态过程和装置内部控制系统的影响，如用于系统的暂态分析。这种方法所得的结果将比较粗糙，无法准确研究对电力系统暂态的影响；2)根据换流器输入与输出的时间响应特性，用一阶惯性环节来表示它的动态过程，同时考虑直流电容的充放电能量变化过程，用三阶微分方程来表示的动态过程，这种模型具有一定的代表性，可用于电力系统动态过程分析；3)将开关函数引入到反映UPFC串、并联侧换流器内部特性的动态模型中，并结合开关动作时序和控制参数，描述了UPFC及其控制系统的动态过程的模型；4)将串并联侧的换流器等效为两个电压源，同时考虑了直/>流电容电压的动态过程，这种简化的模型在分析对电力系统的影响时具有一定的准确性，同时也可用来制定UPFC系统控制策略。以上建模方法大都用在EMTDC/EMTP或Matlab上建模，对应UPFC的电磁暂态模型，其并不适用于机电暂态的建模。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法，本方法从基于VSC的UPFC基本原理出发，首先将两电平、三电平、MMC等不同拓扑结构的VSC统一为同一个等效换流电路；其次将UPFC划分为串联模块、并联模块、直流模块和控制模块四个部分；然后根据不同的串并联组合方式，确定UPFC的各个模块的计算顺序，依次求解各个模块；最后将UPFC部分与网络方程采用交替求解，并考虑了内部包含多个相同模块的情形，且实现其相同模块之间的协调控制。实现上述目的所采用的解决方案为：一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法，所述建模方法包括：(1)将不同拓扑结构的VSC统一为同一个等效换流电路；(2)将UPFC划分为串联模块、并联模块、直流模块和控制模块；(3)根据不同的串并联组合方式，确定UPFC的各个模块的计算顺序并依次计算；(4)UPFC部分与网络方程采用交替求解。优选的，所述步骤(2)中，所述串联模块所在支路首端的等效注入功率Sins如下式所示：Sins=U·s(I^s,-I^s)=-U·s(Y^-jbc2)V^ser]]>所述串联模块所在支路末端的等效注入功率Sinr如下式所示：Sinr=U·r(I^r,-I^r)=U·rY^V^ser]]>式中，分别为UPFC串联模块所在支路首末段电压相量，分别为等效电路中线路两端电流相量，分别为等效电路中线路两端电流相量共轭，bc为UPFC串联模块所在线路的对地电纳值，为UPFC串联模块所在线路导纳的共轭，为UPFC串联模块注入的电压相量的共轭，j为虚数符号；按下式计算所述串联模块与直流侧之间的功率交换：PSSSC=real(V·serI^s)]]>PtoDC=PSSSC±Is2RtS]]>式中，PSSSC为UPFC串联模块注入交流系统的有功功率，为UPFC串联模块注入的电压相量，为等效电路中线路送端电流相量共轭，Is为等效电路中线路送端电流，RtS为串联模块涉及到的变压器电阻与换流电阻之和，PtoDC为UPFC串联模块送入直流模块的功率。优选的，所述步骤(2)中，所述并联模块接入系统的等效注入功率Sini如下式所示：Sini=-U·iI^i]]>所述并联模块送入直流模块的功率PtoDC如下式所示：PtoDC=-real(Sini)±Ii2RtP]]>式中，为UPFC并联模块所在节点电压相量，为UPFC并联模块接入系统的电流相量，Ii为的幅值，real(Sini)为Sini的有功分量，RtP为并联部分涉及到的变压器电阻与换流电阻之和。优选的，所述步骤(2)中，所述直流模块i个换流器注入直流侧的功率Pdci之和如下式所示：Σi∈[dc]Pdci=UdcCdcdUdcdt]]>其中，Udc为直流侧电压，Cdc为直流侧等效充电电容，[dc]为与直流侧相连的所有换流器的集合，t表示时间。优选的，所述步骤(2)中，所述控制模块采用有功/无功解耦控制，分为有功控制回路和无功控制回路两个部分，均采用PI控制；其中：有功控制回路与UPFC的串联模块对应，输入为有功功率和直流电压幅值，输出为串联模块的注入电压；无功控制回路与并联模块对应，输入为无功功率和交流电压幅值，输出为并联部分的注入电流。优选的，所述步骤(3)中，单串联模块对单并联模块时串联模块和并联模块的计算顺序随意，然后计算直流模块；单串联模块对多并联模块时先计算并联模块，然后计算串联模块，最后计算直流模块；多串联模块对单并联模块时先计算串联模块，然后计算并联模块，最后计算直流模块。优选的，所述步骤(4)中，所述交替求解包括：(7-1)将UPFC部分作为等效注入电流源，求解网络方程得到各节点电压；(7-2)以各节点电压作为输入，求解UPFC串联模块、并联模块、直流模块和控制模块；(7-3)更新UPFC的等效注入电流，重复跳入(7-1)直至系统收敛或达到最大迭代次数；(7-4)修改当前仿真时间为下一仿真时刻，跳入(7-1)，进行下一个大步长仿真，直至仿真完成。进一步的，所述(7-2)中，所述求解采用小步长仿真，即在一次大步长仿
真中进行n次小步长仿真。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法由于其合理的模块化设计，将UPFC分为了串联模块、并联模块和直流模块，各个模块可以自由组合，所以具有非常高的灵活性，可以适应各种UPFC的接入电网方式及使用场景；(2)充分考虑了UPFC内部包含多个相同模块的情形，实现了其相同模块之间的关联和协调控制。附图说明图1是本专利技术的MMC结构的VSC电路图。图2是本专利技术的2电平结构的VSC电路图。图3是本专利技术的VSC统一等效电路图。图4是本专利技术的UPFC串联模块原始等效电路图。图5是本专利技术的UPFC串联模块等效功率注入电路图。图6是本专利技术的UPFC并联模块原始等效电路图。图7是本专利技术的UPFC并联模块等效功率注入电路图。图8是本专利技术的UPFC直流模块等效电路图。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做进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：(1)将不同拓扑结构的VSC统一为同一个等效换流电路；(2)将UPFC划分为串联模块、并联模块、直流模块和控制模块；(3)根据不同的串并联组合方式，确定UPFC的各个模块的计算顺序并依次计算；(4)UPFC部分与网络方程采用交替求解。

【技术特征摘要】
1.一种基于VSC的UPFC机电暂态模块化建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：(1)将不同拓扑结构的VSC统一为同一个等效换流电路；(2)将UPFC划分为串联模块、并联模块、直流模块和控制模块；(3)根据不同的串并联组合方式，确定UPFC的各个模块的计算顺序并依次计算；(4)UPFC部分与网络方程采用交替求解。2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述串联模块所在支路首端的等效注入功率Sins如下式所示：Sins=U·s(I^s,-I^s)=-U·s(Y^-jbc2)V^ser]]>所述串联模块所在支路末端的等效注入功率Sinr如下式所示：Sinr=U·r(I^r,-I^r)=U·rY^V^ser]]>式中，分别为UPFC串联模块所在支路首末段电压相量，分别为等效电路中线路两端电流相量，分别为等效电路中线路两端电流相量共轭，bc为UPFC串联模块所在线路的对地电纳值，为UPFC串联模块所在线路导纳的共轭，为UPFC串联模块注入的电压相量的共轭，j为虚数符号；按下式计算所述串联模块与直流侧之间的功率交换：PSSSC=real(V·serI^s)]]>PtoDC=PSSSC±Is2RtS]]>式中，PSSSC为UPFC串联模块注入交流系统的有功功率，为UPFC串联模块注入的电压相量，为等效电路中线路送端电流相量共轭，Is为等效电路中线路送端电流，RtS为串联模块涉及到的变压器电阻与换流电阻之和，PtoDC为
\tUPFC串联模块送入直流模块的功率。3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述并联模块接入系统的等效注入功率Sini如下式所示：Sini=-U·i-I^i]]>所述并联模块送入直流模块的功率PtoDC如下式所示：PtoDC=-real(Sini)±Ii2RtP]...

【专利技术属性】
技术研发人员：董毅峰，侯俊贤，李海峰，王毅，邹燕，刘林，王虹富，孙大雁，万磊，王铁柱，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网江苏省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11