一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法技术

一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法，实现分布式潮流控制器在电力系统数字仿真系统ADPSS平台上的电磁暂态仿真，包括步骤：在ADPSS/ETSDAC仿真环境下搭建双回线输电系统仿真模型，利用ADPSS/ETSDAC的UDM功能模块将DPFC装置进行适当的简化，利用等效电压源搭建串联侧变流器等效数学模型，利用MMC平均值模型搭建并联侧变流器等效数学模型。本发明专利技术保证仿真规模的前提下，反应了DPFC装置的动静态特性以及对系统潮流的调控功能，保证仿真精度的同时缩短了仿真时间；为DPFC装置能够在实际电网安全稳定运行提供更可靠更全面更精细的理论支持，为分布式潮流控制器的推广应用奠定了基础。

A modeling and simulation method of distributed power flow controller based on ADPSS

A ADPSS distributed power flow controller modeling and simulation method based on distributed power flow controller comprises the steps in electromagnetic transient simulation, ADPSS simulation system on the platform of digital power system: build a double loop transmission system simulation model in the ADPSS/ETSDAC simulation environment, using UDM module of ADPSS/ETSDAC DPFC device were simplified, build series equivalent the mathematical model by using the equivalent voltage source converter, the average value of MMC model to build the equivalent mathematical model of parallel side converter. The premise of simulation scale under the reaction of the static and dynamic characteristics of DPFC device and system flow regulation function, ensuring the precision and shorten the simulation time; in the safe and stable operation of power grid to provide more reliable and more comprehensive support more precise theory DPFC device can lay a foundation for the popularization and application of distributed power flow controller.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法
本专利技术涉及电力系统柔性输电建模仿真领域，具体涉及一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法。
技术介绍
柔性交流输电技术(FlexibleACTransmissionSystem,FACTS)作为未来二十一世纪输电技术的发展方向，自上世纪九十年代出现以来，得到了极大的发展及世界范围的广泛关注。FACTS技术是利用现代大功率电力电子技术对传统交流电力系统进行的一项重大改革。它借助现代大功率电力电子技术快速调节交流系统中的相角、无功、电抗等参数，以提高交流系统的稳定性、可靠性，使传统的交流输电系统具有更高的柔性和灵活性，充分利用输电系统原有的资源，以满足电力系统安全、可靠和经济运行的目标。分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)概念是在2007年提出的，由统一潮流控制器演变而来，将统一潮流控制器原有结构中通过直流电容连接的串并联变流器分开，并利用分布式静止串联补偿器的思想将串联侧分布化。在该拓扑结构基础上，通过3次谐波在串并联变流器之间交换有功功率从而达到综合调节线路潮流的目的。DPFC不仅具备统一潮流控制器所有功能，而且DPFC的单个串联侧变换器的容量比较小，可以使用轻量化的设计方案。荷兰代尔夫特理工大学的苑志辉提出了DPFC的基本结构，并详细分析了其工作原理，在Matlab/Simulink中建立仿真模型，验证了DPFC原理的正确性及其潮流控制能力。国内武汉理工大学唐爱红教授带领的课题组对DPFC有更深入的研究，并且基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了DPFC装置能达到预期效果。目前基于PSCAD/EMTDC的建模仿真能保证被仿FACTS的精度，也能反映出FACTS的详细动态过程及其动态特性，但仿真规模受限。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有分布式潮流控制器建模仿真存在的上述不足，提供一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模方法，利用ADPSS的电磁暂态计算程序(ETSDAC)对分布式潮流控制器及其所安装的线路进行建模，实现分布式潮流控制器在电力系统数字仿真系统ADPSS平台上的电磁暂态仿真，既能保证DPFC仿真精度，又能兼顾仿真规模，为DPFC装置能够在实际电网安全稳定运行提供更可靠更全面更精细的理论支持。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法，包括以下步骤：1)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下搭建双回线输电系统仿真模型，送电端电压为Vs，受电端电压为Vr，输电线路首末端的Y-△变压器分别为T1和T2，第一输电线路的阻抗为XL1，第二输电线路的阻抗为XL2，其中第一输电线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，并联侧三相变流器与送电端通过变压器Tsh相连；2)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能模块，采用等效电压源，搭建串联侧变流器等效数学模型，串联侧变流器等效数学模型一方面用于在并联侧发出三次谐波，使其自身直流电容电压能够维持稳定，另一方面用于根据系统对基频有功功率需求的响应，来产生相应的基频电压，从而控制线路有功功率；3)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能，采用MMC平均值模型，搭建并联侧变流器等效数学模型，并联侧由于只表现基波等效电压源的特性，因此只搭建并联侧三相变流器部分，从外特性上来看，相当于搭建一个MMC-STATCOM平均值模型。按上述方案，所述步骤2)搭建串联侧变流器等效数学模型具体包括以下步骤：2.1)分别将接入在被控线路的各相中的串联侧变流器等效为一个单相基波可控电压源和一个单相三次谐波可控电压源串联而成的等效数学模型；由于每一相的串联侧变流器的等效数学模型搭建过程都相同，因此以其中的某一相为例，建立串联侧变流器等效数学模型；2.2)串联侧等效数学模型数学关系的推导，具体如下：由于串联侧变流器向系统注入的电压Vse存在基波和三次谐波两种频率的电压分量，因此Vse表示为：其中，为串联侧变流器向系统注入的基波电压，为串联侧变流器向系统注入的三次谐波电压；将分解成与首端母线电压同相的横轴分量和与首端母线电压垂直的纵轴分量通过改变和的幅值，控制所在输电线路的潮流；将分解成与输电线路中三次谐波电流同相的横轴分量和与输电线路三次谐波电流垂直的纵轴分量通过改变和的幅值，控制调节串联侧的三次谐波有功功率和无功功率；串联侧变流器向系统注入的电压分量与串联侧直流电容电压的数学关系如下所示：式中kse为串联侧耦合变压器的变比，θse1、θse3、mse1、mse3分别为控制器产生的串联侧基波的相角、三次谐波的相角、基波的调制比信号、三次谐波的调制比信号，Vse,dc为串联侧直流电容电压；串联侧吸收的有功功率Pse表示为：式中为串联侧产生的基波电压与线路基波电流的相角差，为串联侧产生的三次谐波电压与线路三次谐波电流的相角差，I1、I3分别为输电线路上的相电流的基波、三次谐波的电流分量；忽略变流器开关和耦合变压器损耗，串联侧变流器吸收的有功功率Pse用串联侧直流电容储存的功率Pdc表示，得到如下所示的功率平衡方程：Pse＝Pdc(5)综合上面的关系式，推导出单相串联侧变流器等效数学模型如下所示：2.3)完成了单相串联侧变流器等效数学模型数学公式的推导之后，进行控制方案的设计，包括单相串联侧变流器有功功率无功功率控制模型的搭建、单相串联侧变流器直流电容电压控制模型的搭建：2.3.1)搭建三个单相串联侧变流器有功功率无功功率控制模型，各相有功功率的目标值Pref1、Pref2、Pref3分别和各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3进行比较得到误差信号ΔP1、ΔP2、ΔP3，各相无功功率的目标值Qref1、Qref2、Qref3和各相线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3进行比较得到误差信号ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3，误差信号分别经过PI控制器之后，最终得到与首端母线电压同相的横轴分量和与首端母线电压垂直的纵轴分量再经过幅值与相角的计算，就得出三个单相串联侧基波可控电压源分别需要的电压幅值Vse1A、Vse1B、Vse1C和电压相角θse1A、θse1B、θse1C，使得各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3和无功功率Q1、Q2、Q3分别稳定在有功功率的目标值Pref1、Pref2、Pref3和无功功率的目标值Qref1、Qref2、Qref3附近；2.3.2)搭建三个单相串联侧变流器直流电容电压控制模型，给定串联侧直流电容电压目标值为VdcSEref，分别与三个单相实际值VdcSEA、VdcSEB、VdcSEC比较得到误差信号ΔVdcSEA、ΔVdcSEB、ΔVdcSEC，误差信号ΔVdcSEA、ΔVdcSEB、ΔVdcSEC分别通过PI控制器之后，最终得到与输电线路中三次谐波电流同相的横轴分量即用来控制的有功分量并保持无功分量的幅值始终为0，再经过幅值与相角的计算，得到三个单相串联侧三次谐波可控电压源所需要的电压幅值Vse3A、Vse3B、Vse3C和电压相角θse3A、θse3B、θse3C，使得三个单相实际值VdcSEA、VdcSEB、VdcSEC稳定在目标值VdcSEref附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下搭建双回线输电系统仿真模型，送电端电压为Vs，受电端电压为Vr，输电线路首末端的Y‑△变压器分别为T1和T2，第一输电线路的阻抗为XL1，第二输电线路的阻抗为XL2，其中第一输电线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，并联侧三相变流器与送电端通过变压器Tsh相连；2)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能，采用等效电压源，搭建串联侧变流器等效数学模型，串联侧变流器等效数学模型一方面用于在并联侧发出三次谐波，使其自身直流电容电压能够维持稳定，另一方面用于根据系统对基频有功功率需求的响应，来产生相应的基频电压，从而控制线路有功功率；3)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能，采用MMC平均值模型，搭建并联侧变流器等效数学模型，并联侧由于只表现基波等效电压源的特性，因此只搭建并联侧三相变流器部分，从外特性上来看，相当于搭建一个MMC‑STATCOM平均值模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下搭建双回线输电系统仿真模型，送电端电压为Vs，受电端电压为Vr，输电线路首末端的Y-△变压器分别为T1和T2，第一输电线路的阻抗为XL1，第二输电线路的阻抗为XL2，其中第一输电线路上装有分布式潮流控制器串联侧变流器模型，并联侧三相变流器与送电端通过变压器Tsh相连；2)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能，采用等效电压源，搭建串联侧变流器等效数学模型，串联侧变流器等效数学模型一方面用于在并联侧发出三次谐波，使其自身直流电容电压能够维持稳定，另一方面用于根据系统对基频有功功率需求的响应，来产生相应的基频电压，从而控制线路有功功率；3)在ADPSS/ETSDAC仿真环境下利用UDM功能，采用MMC平均值模型，搭建并联侧变流器等效数学模型，并联侧由于只表现基波等效电压源的特性，因此只搭建并联侧三相变流器部分，从外特性上来看，相当于搭建一个MMC-STATCOM平均值模型。2.根据权利要求1所述的基于ADPSS的分布式潮流控制器建模及仿真方法，其特征在于，所述步骤2)搭建串联侧变流器等效数学模型具体包括以下步骤：2.1)分别将接入在被控线路的各相中的串联侧变流器等效为一个单相基波可控电压源和一个单相三次谐波可控电压源串联而成的等效数学模型；由于每一相的串联侧变流器的等效数学模型搭建过程都相同，因此以其中的某一相为例，建立串联侧变流器等效数学模型；2.2)串联侧等效数学模型数学关系的推导，具体如下：由于串联侧变流器向系统注入的电压Vse存在基波和三次谐波两种频率的电压分量，因此Vse表示为：其中，为串联侧变流器向系统注入的基波电压，为串联侧变流器向系统注入的三次谐波电压；将分解成与首端母线电压同相的横轴分量和与首端母线电压垂直的纵轴分量通过改变和的幅值，控制所在输电线路的潮流；将分解成与输电线路中三次谐波电流同相的横轴分量和与输电线路三次谐波电流垂直的纵轴分量通过改变和的幅值，控制调节串联侧的三次谐波有功功率和无功功率；串联侧变流器向系统注入的电压分量与串联侧直流电容电压的数学关系如下所示：式中kse为串联侧耦合变压器的变比，θse1、θse3、mse1、mse3分别为控制器产生的串联侧基波的相角、三次谐波的相角、基波的调制比信号、三次谐波的调制比信号，Vse,dc为串联侧直流电容电压；串联侧吸收的有功功率Pse表示为：式中为串联侧产生的基波电压与线路基波电流的相角差，为串联侧产生的三次谐波电压与线路三次谐波电流的相角差，I1、I3分别为输电线路上的相电流的基波、三次谐波的电流分量；忽略变流器开关和耦合变压器损耗，串联侧变流器吸收的有功功率Pse用串联侧直流电容储存的功率Pdc表示，得到如下所示的功率平衡方程：Pse＝Pdc(5)综合上面的关系式，推导出单相串联侧变流器等效数学模型如下所示：2.3)完成了单相串联侧变流器等效数学模型数学公式的推导之后，进行控制方案的设计，包括单相串联侧变流器有功功率无功功率控制模型的搭建、单相串联侧变流器直流电容电压控制模型的搭建：2.3.1)搭建三个单相串联侧变流器有功功率无功功率控制模型，各相有功功率的目标值Pref1、Pref2、Pref3分别和各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3进行比较得到误差信号ΔP1、ΔP2、ΔP3，各相无功功率的目标值Qref1、Qref2、Qref3和各相线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3进行比较得到误差信号ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3，误差信号分别经过PI控制器之后，最终得到与首端母线电压同相的横轴分量和与首端母线电压垂直的纵轴分量再经过幅值与相角的计算，就得出三个单相串联侧基波可控电压源分别需要的电压幅值Vse1A、Vse1B、Vse1C和电压相角θse1A、θse1B、θse1C，使得各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3和无功功率Q1、Q2、Q3分别稳定在有功功率的目标值Pref1、Pref2、Pref3和无功功率的目标值Qref1、Qref2、Qref3附近；2.3.2)搭建三个单相串联侧变流器直流电容电压控制模型，给定串联侧直流电容电压目标值为VdcSEref，分别与三个单相实际值VdcSEA、VdcSEB、VdcSEC比较得到误差信号ΔVdcSEA、ΔVdcSEB、ΔVdcSEC，误差信号ΔVdcSEA、ΔVdcSEB、ΔVdcSEC分别通过PI控制器之后，最终得到与输电线路中三次谐波电流同相的横轴分量即用来控制的有功分量并保持无功分量的幅值始终为0，再经过幅值与相角的计算，得到三个单相串联侧三次谐波可控电压源所需要的电压幅值Vse3A、Vse3B、Vse3C和电压相角θse3A、θse3B、θse3C，使得三个单相实际值VdcSEA、VdcSEB、VdcSEC稳定在目标值V...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱红，金英雷，黄涌，赵红生，徐秋实，郑旭，乔立，赵雄光，王少荣，刘涤尘，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42