一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型与仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型与仿真方法，该模型包括双回线输电系统仿真模型，用于为并联侧变流器仿真模型和串联变流器仿真模型提供信号输入；并联侧变流器仿真模型，包括并联侧三相变流器控制模型和并联侧单相变流器控制模型；串联变流器仿真模型，所述串联变流器仿真模型包括串联变流器电容电压控制模型和串联变流器有功功率无功功率控制模型。本发明专利技术通过对分布式潮流控制器的多种控制特性，包括有功功率调节特性、无功功率调节特性、系统的单相短路和三相短路时暂态功率抑制特性进行仿真，用以为研究分布式潮流控制器的静动态特性及其对电力系统的潮流调节能力提供支持，为系统调试和实际运行提供快速准确的技术支持。

An electromagnetic transient model and simulation method of distributed power flow controller

The invention discloses an electromagnetic transient model and simulation method of distributed power flow controller, the model includes the double loop transmission system simulation model for parallel side converter simulation model and series converter simulation model provides a signal input; parallel side converter simulation model, including parallel three-phase converter control model and control model of shunt single-phase converter series converter; simulation model, the simulation model of series converter including converter capacitor voltage control model and series converter of active power and reactive power control model in series. The present invention through a variety of distributed power flow controller control characteristics, including the active power regulation characteristic and reactive power regulation characteristics, system of single-phase short circuit and three-phase short circuit transient power suppression simulation, to provide support for the static and dynamic characteristics that research on distributed power flow controller and its ability to regulate the power flow, to provide fast and accurate technical support for system debugging and operation.

【技术实现步骤摘要】
一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型与仿真方法
本专利技术涉及分布式潮流控制器(DPFC)仿真技术，尤其涉及一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型与仿真方法。
技术介绍
随着电力系统朝着坚强智能化大电网的方向发展，以电力电子变换器为基础的柔性交流输电技术(FlexibleACTransmissionSystem,FACTS)受到了研究人员越来越多的关注。FACTS于二十世纪八十年代首先被提出，是一门汇集了功率半导体技术、微控制器技术、通信技术以及控制理论的综合性技术。FACTS技术的目标是在不改变线路拓扑的情况下，通过将装置控制与系统控制相结合，实现电力系统运行参数的控制，具体来说有母线电压、线路阻抗以及功率潮流、功率损耗等，不仅如此FACTS装置还在抑制低频振荡以及次同步振荡上有着独特的贡献。分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)概念是在2007年提出的，DPFC装置还停留在探索研究和实验仿真阶段。DPFC通过三次谐波传输有功功率，这是其创新点之一，相比于UPFC而言，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，这是其创新点之二。瑞典查尔姆斯理工大学的ZhihuiYUAN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。但PSCAD/EMTDC作为一款专门研究电力系统电磁暂态的仿真软件，在仿真效率方面，PSCAD/EMTDC采用定步长解法器，较Matlab软件的定步长与变步长混合解法器仿真效率更高，在计算精度方面，PSCAD/EMTDC仿真波形结果更符合理论分析要求，因此基于PSACD的分布式潮流控制器建模仿真得出结果较Matlab/Simulink仿真更具权威性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型与仿真方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型，包括：双回线输电系统仿真模型，为并联侧变流器仿真模型和串联变流器仿真模型提供信号输入；所述信号包括：系统首端电压VpuR，系统实际有功功率P1、P2、P3与实际无功功率Q1、Q2、Q3；并联侧变流器仿真模型，包括并联侧三相变流器控制模型和并联侧单相变流器控制模型；所述并联侧三相变流器控制模型包括系统电压控制模块和直流电容电压控制模块，用于根据设定的系统电压值和公共直流电容电压值和实际输出的系统电压VpuR和公共直流电容电压dcVltg输出三相变流器中IGBT的触发脉冲；所述并联侧三相变流器总体输入信号包括：给定的系统电压参考值和实际测得值VpuR以及公共直流电容电压参考值和实际测得值dcVltg。所述并联侧三相变流器输出信号为三相变流器中IGBT的触发脉冲。所述并联侧单相变流器控制模型，用于向线路注入恒定的三次谐波电流。用于根据三次谐波电流的指令值Ish3ref和实际线路中的三次谐波Ish3输出并联侧单相变流器中IGBT的触发脉冲；串联变流器仿真模型，所述串联变流器仿真模型包括串联变流器电容电压控制模型和串联变流器有功功率无功功率控制模型；串联变流器电容电压控制模型，用于根据并联侧发出的三次谐波来维持其自身直流电容电压稳定；用于根据三个单相变流器的直流电容电压参考值和实际值输出三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号；串联变流器有功功率无功功率控制模型,用于根据系统对基频有功功率需求的响应，产生相应的基频电压来控制线路有功功率；用于根据输入的有功功率的目标值Pref、各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3、无功功率的目标值Qref、各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3信号输出对应基波的参考信号ref11、ref12、ref13。按上述方案，所述并联侧三相变流器控制模型中，并联侧三相变流器总体输入信号：给定的系统电压参考值与实际测得值VpuR、公共直流电容电压参考值与实际测得值dcVltg。并联侧三相变流器总体输出信号：三相变流器中IGBT的触发脉冲。系统首端电压为VpuR，并联侧三相变流器与系统之间连接的变压器Tsh的阻抗为XTsh，并联侧经过变压器后的入口电压(即三相变流器的输出电压)为Vsh，则由系统输入到并联侧变流器的功率为根据公式，系统和变流器之间交换的有功功率主要和三相变流器输出电压的相角deta1有关，并联侧吸收系统的有功功率用以稳定电容电压dcVltg，也那么控制相角deta1就能间接控制dcVltg，无功功率的交换主要通过改变电压的幅值的大小来实现，因此选择三相变流器输出电压的幅值和相角作为控制输出量。系统的母线电压VpuR变化不大而且并联侧直流电容维持恒定，因此采取传统的PI控制即可。msh为调制比，是通过Vpur的实际值跟参考值对比获得的差值再通过PI控制器处理之后得到，输出的msh和deta1分别用来调制正弦波的幅值和相角，正弦调制波RefRon、RefRoff和三角载波TrgRon、TrgRoff经过比较后得到控制开关管的PWM波信号。按上述方案，所述并联侧单相变流器控制模型中，输入信号：三次谐波电流的指令值Ish3ref，实际线路中的三次谐波Ish3。输出信号：并联侧单相变流器中IGBT的触发脉冲。对于并联侧的单相变流器而言，主要是控制其输出稳定的三次谐波电流。采用电流滞环跟踪PWM控制，使输出的三次谐波Ish3呈正弦波形，给出触发脉冲。按上述方案，所述串联变流器电容电压控制模型中，输入信号：三个单相变流器的直流电容电压参考值与实际值。输出信号：三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号ref31、ref32、ref33。将在A、B、C三相线路上的三个单相变流器，其直流电容电压参考值分别与实际值DC1、DC2、DC3比较得到误差信号，分别通过PI控制器和晶闸管近似传递函数处理之后，生成各对应正弦调制波的d轴参考分量m31、m32、m33。三次谐波的q轴分量会引起串联变流器向系统注入无功功率，因此其q轴分量的控制信号设定为0。对并联侧发出的三次谐波进行锁相后得到其相位信号th3，然后连同d轴和q轴的参考信号一起输入单相Park反变换模块，分别得到ABC三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号ref31、ref32、ref33。按上述方案，所述串联变流器有功功率无功功率控制模型中，输入信号：有功功率的目标值Pref、各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3、无功功率的目标值Qref、各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3。输出信号：对应基波的参考信号ref11、ref12、ref13。系统线路末端即线路上的功率为：变换到dq坐标下有：式中，Vd和Vq分别为串联变流器输出电压的d轴和q轴分量；Vrd和Vrq分别为受电端电压的d轴和q轴分量；Xl为输电线路首末两端的基频等效电抗。有功功率的目标值Pref分别和各相线路上实际的有功功率进行比较，再通过PI控制器和晶闸管装置的传递函数处理之后生成q轴的参考信号Vq11、Vq12、Vq13，相应的，无功功率的目标值Qref和各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3比较结果得到误差信号ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3、经过控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，包括：双回线输电系统仿真模型，用于为并联侧变流器仿真模型和串联变流器仿真模型提供信号输入；所述信号为系统首端电压VpuR，系统实际有功功率P1、P2、P3与实际无功功率Q1、Q2、Q3；并联侧变流器仿真模型，包括并联侧三相变流器控制模型和并联侧单相变流器控制模型；所述并联侧三相变流器控制模型，用于根据设定的系统电压值和公共直流电容电压值和实际输出的系统电压VpuR和公共直流电容电压dcVltg输出三相变流器中IGBT的触发脉冲；所述并联侧单相变流器控制模型，用于向线路注入恒定的三次谐波电流。用于根据三次谐波电流的指令值Ish3ref和实际线路中的三次谐波Ish3输出并联侧单相变流器中IGBT的触发脉冲；串联变流器仿真模型，所述串联变流器仿真模型包括串联变流器电容电压控制模型和串联变流器有功功率无功功率控制模型；所述串联变流器电容电压控制模型，用于根据三个单相变流器的直流电容电压参考值和实际值输出三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号；所述串联变流器有功功率无功功率控制模型，用于根据输入的有功功率的目标值Pref、各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3、无功功率的目标值Qref、各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3信号输出对应基波的参考信号ref11、ref12、ref13。...

【技术特征摘要】
2016.12.19 CN 20161117979481.一种分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，包括：双回线输电系统仿真模型，用于为并联侧变流器仿真模型和串联变流器仿真模型提供信号输入；所述信号为系统首端电压VpuR，系统实际有功功率P1、P2、P3与实际无功功率Q1、Q2、Q3；并联侧变流器仿真模型，包括并联侧三相变流器控制模型和并联侧单相变流器控制模型；所述并联侧三相变流器控制模型，用于根据设定的系统电压值和公共直流电容电压值和实际输出的系统电压VpuR和公共直流电容电压dcVltg输出三相变流器中IGBT的触发脉冲；所述并联侧单相变流器控制模型，用于向线路注入恒定的三次谐波电流。用于根据三次谐波电流的指令值Ish3ref和实际线路中的三次谐波Ish3输出并联侧单相变流器中IGBT的触发脉冲；串联变流器仿真模型，所述串联变流器仿真模型包括串联变流器电容电压控制模型和串联变流器有功功率无功功率控制模型；所述串联变流器电容电压控制模型，用于根据三个单相变流器的直流电容电压参考值和实际值输出三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号；所述串联变流器有功功率无功功率控制模型，用于根据输入的有功功率的目标值Pref、各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3、无功功率的目标值Qref、各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3信号输出对应基波的参考信号ref11、ref12、ref13。2.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，所述并联侧三相变流器控制模型中，系统首端电压为VpuR，并联侧三相变流器与系统之间连接的变压器Tsh的阻抗为XTsh，并联侧经过变压器后的入口电压为Vsh，则由系统输入到并联侧变流器的功率为其中，deta1为三相变流器输出电压的相角，控制相角deta1就能间接控制dcVltg，无功功率的交换主要通过改变电压的幅值的大小来实现，因此选择三相变流器输出电压的幅值和相角作为控制输出量；msh为调制比，是通过Vpur的实际值跟参考值对比获得的差值再通过PI控制器处理之后得到，输出的msh和deta1分别用来调制正弦波的幅值和相角，正弦调制波RefRon、RefRoff和三角载波TrgRon、TrgRoff经过比较后得到控制开关管的PWM波信号。3.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，所述并联侧单相变流器控制模型中，输入信号为三次谐波电流的指令值Ish3ref和实际线路中的三次谐波Ish3；输出信号为并联侧单相变流器中IGBT的触发脉冲；采用电流滞环跟踪PWM控制，使输出的三次谐波Ish3呈正弦波形，给出触发脉冲。4.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，所述串联变流器电容电压控制模型中，输入信号为三个单相变流器的直流电容电压参考值与实际值，输出信号为三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号ref31、ref32、ref33；具体如下：将在A、B、C三相线路上的三个单相变流器，其直流电容电压参考值分别与实际值DC1、DC2、DC3比较得到误差信号，分别通过PI控制器和晶闸管近似传递函数处理之后，生成各对应正弦调制波的d轴参考分量m31、m32、m33，三次谐波的q轴分量会引起串联变流器向系统注入无功功率，因此其q轴分量的控制信号设定为0，对并联侧发出的三次谐波进行锁相后得到其相位信号th3，然后连同d轴和q轴的参考信号一起输入单相Park反变换模块，分别得到ABC三相线路对应三个单相变流器的三次谐波参考信号ref31、ref32、ref33。5.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器的电磁暂态模型，其特征在于，所述串联变流器有功功率无功功率控制模型中，输入信号为有功功率的目标值Pref、各相线路上实际的有功功率P1、P2、P3、无功功率的目标值Qref、各线路上实际的无功功率Q1、Q2、Q3；输出信号为对应基波的参考信号ref11、ref12、ref13；系统线路末端即线路上的功率为：变换到dq坐标下有：式中，Vd和Vq分别为串联变流器输出电压的d轴和q轴分量；Vrd和Vrq分别为受电端电压的d轴和q轴分量；Xl为输电线路首末两端的基频等效电抗；将有功功率的目标值Pref分别和各相线路上实际的有功功率进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄涌，杜治，赵红生，郑旭，唐爱红，万家乐，徐瑶台，潘小军，袁乾广，舒欣，王少荣，刘涤尘，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司，武汉理工大学，华中科技大学，武汉大学，
类型：发明
国别省市：北京,11