一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种MMC‑UPFC小信号数学模型的建模方法及装置，其中，所述建模方法根据UPFC控制器、UPFC换流器、UPFC直流系统的等效电路的动态模型，构建MMC‑UPFC在xy坐标系下的小信号数学模型。该方法具有通用性，不仅适用于传统的2节点拓扑结构的MMC‑UPFC，同时能够适用于新型的3节点拓扑结构的MMC‑UPFC。采用本申请得到的MMC‑UPFC小信号数学模型可方便地与电力系统其余部分的小信号模型结合，以进行电力系统的小干扰稳定特性、低频振荡特性的分析和MMC‑UPFC的设计。

A Modeling Method and Device for MMC-UPFC Small Signal Mathematical Model

This application provides a modeling method and device for MMC UPFC small signal mathematical model. The modeling method constructs a small signal mathematical model of MMC UPFC in XY coordinate system according to the dynamic model of the equivalent circuit of UPFC controller, UPFC converter and UPFC DC system. This method is universal and can be applied not only to the traditional two-node topology MMC UPFC, but also to the new three-node topology MMC UPFC. The small signal mathematical model of MMC UPFC obtained in this application can be conveniently combined with the small signal model of the rest of the power system to analyze the small signal stability characteristics and low frequency oscillation characteristics of the power system and design the MMC UPFC.

【技术实现步骤摘要】
一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法及装置
本申请涉及电力系统柔性输配电
，具体涉及一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法及装置。
技术介绍
UPFC(UnifiedPowerFlowController，统一潮流控制器)是目前功能最为全面的FACTS(FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystems，柔性交流输电装置)之一，将UPFC应用于电力系统中，可以起到均衡潮流分布，提高电力系统输电能力，改善电力系统低频振荡特性等作用。为分析含UPFC电力系统的小干扰稳定特性和低频振荡特性，需要建立UPFC小信号数学模型。国外对于UPFC的研究和应用早于我国。在1998年至2004年间，国外共投运了三套基于三电平电压源换流器的UPFC。目前针对基于三电平电压源换流器的UPFC小信号模型的建模方法已经相对完善。但是，由于我国电力系统的输电领域具有高电压、大容量的特点，使得我国建立的UPFC工程与国外UPFC工程存在区别，其中一个明显区别在于采用了MMC(modularmultilevelconverter，模块化多电平换流器)。截至2017年末，我国相继建设投运了3套UPFC。其中，我国于2015年投运的南京西环网UPFC工程具有3节点拓扑结构，这种结构属首次出现。因此，目前亟需一种基于MMC的UPFC小信号数学模型的建模方法。
技术实现思路
本申请提供一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法及装置，以解决3节点拓扑结构MMC-UPFC小信号数学模型的建模问题。本申请的第一方面，提供一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法，所述建模方法应用于3节点拓扑结构的MMC-UPFC，所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC包括：第一并联侧换流器和第一串联侧换流器；所述第一串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；第一并联侧换流器通过并联变压器接于母线N，其中母线L和母线N为不同母线；所述建模方法包括以下步骤：步骤101，建立所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC的控制框图和等效电路，其中，所述控制框图为UPFC控制器的控制框图，所述等效电路包括UPFC换流器的等效电路和MMC-UPFC直流系统的等效电路；步骤102，根据所述控制框图和等效电路，构建MMC-UPFC在dq坐标系下的动态模型；步骤103，将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型；步骤104，将MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型转换为xy坐标系下的小信号数学模型。可选的，根据所述控制框图和等效电路，构建MMC-UPFC在dq坐标系下的动态模型，包括：根据所述UPFC控制器的控制框图，建立UPFC控制器的动态模型；根据UPFC换流器的等效电路，建立UPFC换流器的动态模型；根据所述MMC-UPFC直流系统的等效电路，建立MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型。可选的，将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型，包括：将UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型在稳态运行点处分别进行线性化，分别得到UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型；联立UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型对应的方程，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型。可选的，在所述建模方法应用于2节点拓扑结构的MMC-UPFC的情况下，所述建模方法包括以下步骤：步骤201，将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC转化为3节点拓扑结构的MMC-UPFC；步骤202，执行步骤101至步骤104的操作，得到初始模型，所述初始模型为3节点拓扑结构的MMC-UPFC在xy坐标系下MMC-UPFC小信号数学模型；步骤203，将3节点拓扑结构的MMC-UPFC进行2节点拓扑结构的MMC-UPFC的交流电压变换，根据变换后的交流电压，将所述初始模型转换为2节点拓扑结构的MMC-UPFC在xy坐标系下MMC-UPFC小信号数学模型；其中，所述2节点拓扑结构包括：第二并联侧换流器和第二串联侧换流器；所述第二串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；并联侧换流器通过并联变压器接于母线L。可选的，将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC转化为3节点拓扑结构的MMC-UPFC，包括：将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC中的串联变压器所连的母线L拆分为两段，分别记为母线L1和母线L2，并将所述母线L1和所述母线L2之间用一条无阻抗线路连接；将所述串联变压器原接于母线L的一端改接于母线L1，另一端仍接于线路端点K，并将所述并联变压器改接于母线L2。本申请的第二方面，提供一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模装置，所述建模装置应用于3节点拓扑结构的MMC-UPFC，所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC包括：第一并联侧换流器和第一串联侧换流器；所述第一串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；第一并联侧换流器通过并联变压器接于母线N，其中母线L和母线N为不同母线；所述建模装置包括：第一建立模块，用于建立所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC的控制框图和等效电路，其中，所述控制框图为UPFC控制器的控制框图，所述等效电路包括UPFC换流器的等效电路和MMC-UPFC直流系统的等效电路；第二建立模块，用于根据所述控制框图和等效电路，构建MMC-UPFC在dq坐标系下的动态模型；线性化模块，用于将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型；第一转换模块，用于将MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型转换为xy坐标系下的小信号数学模型。可选的，所述第二建立模块包括：第一建立单元，用于根据所述UPFC控制器的控制框图，建立UPFC控制器的动态模型；第二建立单元，用于根据UPFC换流器的等效电路，建立UPFC换流器的动态模型；第三建立单元，用于根据所述MMC-UPFC直流系统的等效电路，建立MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型。可选的，所述线性化模块包括：线性化单元，用于将UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型在稳态运行点处分别进行线性化，分别得到UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型；联立单元，用于联立UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型对应的方程，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型。可选的，在所述建模方法应用于2节点拓扑结构的MMC-UPFC的情况下，所述建模装置包括：第二转换模块，用于将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC转化为3节点拓扑结构的MMC-UPFC；执行模块，用于执行3节点拓扑结构的MMC-UPFC小信号数学模型的建模装置的操作，得到初始模型，所述初始模型为3节点拓扑结构的MMC-UPFC在xy坐标系下MMC-UPFC小信号数学模型；第三转换模块，用于将3节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MMC‑UPFC小信号数学模型的建模方法，其特征在于，所述建模方法应用于3节点拓扑结构的MMC‑UPFC，所述3节点拓扑结构的MMC‑UPFC包括：第一并联侧换流器和第一串联侧换流器；所述第一串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；第一并联侧换流器通过并联变压器接于母线N，其中母线L和母线N为不同母线；所述建模方法包括以下步骤：步骤101，建立所述3节点拓扑结构的MMC‑UPFC的控制框图和等效电路，其中，所述控制框图为UPFC控制器的控制框图，所述等效电路包括UPFC换流器的等效电路和MMC‑UPFC直流系统的等效电路；步骤102，根据所述控制框图和等效电路，构建MMC‑UPFC在dq坐标系下的动态模型；步骤103，将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC‑UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型；步骤104，将MMC‑UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型转换为xy坐标系下的小信号数学模型。

【技术特征摘要】
1.一种MMC-UPFC小信号数学模型的建模方法，其特征在于，所述建模方法应用于3节点拓扑结构的MMC-UPFC，所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC包括：第一并联侧换流器和第一串联侧换流器；所述第一串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；第一并联侧换流器通过并联变压器接于母线N，其中母线L和母线N为不同母线；所述建模方法包括以下步骤：步骤101，建立所述3节点拓扑结构的MMC-UPFC的控制框图和等效电路，其中，所述控制框图为UPFC控制器的控制框图，所述等效电路包括UPFC换流器的等效电路和MMC-UPFC直流系统的等效电路；步骤102，根据所述控制框图和等效电路，构建MMC-UPFC在dq坐标系下的动态模型；步骤103，将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型；步骤104，将MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型转换为xy坐标系下的小信号数学模型。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，根据所述控制框图和等效电路，构建MMC-UPFC在dq坐标系下的动态模型，包括：根据所述UPFC控制器的控制框图，建立UPFC控制器的动态模型；根据UPFC换流器的等效电路，建立UPFC换流器的动态模型；根据所述MMC-UPFC直流系统的等效电路，建立MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型。3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，将所述动态模型在稳态运行点处进行线性化，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型，包括：将UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的动态模型在稳态运行点处分别进行线性化，分别得到UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型；联立UPFC控制器、UPFC换流器和MMC-UPFC直流系统的等效电路的小信号数学模型对应的方程，得到MMC-UPFC在dq坐标系下的小信号数学模型。4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，在所述建模方法应用于2节点拓扑结构的MMC-UPFC的情况下，所述建模方法包括以下步骤：步骤201，将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC转化为3节点拓扑结构的MMC-UPFC；步骤202，执行步骤101至步骤104的操作，得到初始模型，所述初始模型为3节点拓扑结构的MMC-UPFC在xy坐标系下MMC-UPFC小信号数学模型；步骤203，将3节点拓扑结构的MMC-UPFC进行2节点拓扑结构的MMC-UPFC的交流电压变换，根据变换后的交流电压，将所述初始模型转换为2节点拓扑结构的MMC-UPFC在xy坐标系下MMC-UPFC小信号数学模型；其中，所述2节点拓扑结构包括：第二并联侧换流器和第二串联侧换流器；所述第二串联侧换流器通过串联变压器接于母线L和输电线路的端点K之间；并联侧换流器通过并联变压器接于母线L。5.根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于，将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC转化为3节点拓扑结构的MMC-UPFC，包括：将所述2节点拓扑结构的MMC-UPFC中的串联变压器所连的母线L拆分为两段，分别记为母线L1和母线L2，并将所述母线L1和所述母线L2之间用一条无阻抗线路连接；将所述串联变压器原接于母线L的一端改接于母线L1，另一端仍接于线路端点K，并将所述并联变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：游广增，李玲芳，朱欣春，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南,53