一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，包括下述步骤：步骤一，获取参数；获得含TCSC系统的基础数据，包括三相TCSC支路的电感La、Lb、Lc，三相TCSC支路的电容Ca、Cb、Cc，三相电流源iA、iB、iC的表达式，和初始触发角α0；本发明专利技术引入正弦辅助变量，把TCSC的状态方程由非齐次线性微分方程组转化为齐次线性微分方程组

A Fast Simulation Method for Electromagnetic Transient of Controlled Series Compensation Device

【技术实现步骤摘要】
一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法
本专利技术涉及电气仿真
，具体涉及一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法。
技术介绍
可控串联补偿装置(TCSC)由电容器和晶闸管控制的电抗器并联组成，通过控制晶闸管的触发角，改变拓扑结构，动态地调节等效阻抗，从而快速连续地控制输电线的串联补偿度，提高输电线路的输送能力、抑制次同步振荡等。伴随着电力电子器件性能的提升和造价的降低，TCSC在电力系统的应用越来越广泛。数字仿真是研究电力系统动态特性的重要的手段之一，仿真模型能否准确反映系统的真实动态行为将直接影响仿真分析结果的可信度和由此所制定的控制策略的正确性。目前，数字仿真主要分为两大类：机电暂态仿真和电磁暂态仿真。对于TCSC等电力电子元件，机电暂态仿真忽略了设备内部开关通、断过程，仅考虑设备在正序基频下的运行与控制特性，对于研究电网不对称故障对设备的影响、设备内部控制方法对大电网运行的影响、受扰后近距离电力电子设备间的相互影响，具有很大的局限性；电磁暂态仿真在精确的电路层面对设备进行三相建模，以瞬时值的形式呈现仿真结果，能够准确模拟电力电子设备的快速暂态过程，但是其计算速度十分缓慢。为寻求一种既适合大电网机电暂态过程分析，又能充分考虑电力电子设备快速响应的计算方法，电力系统机电-电磁暂态混合仿真技术得到了发展。混合仿真对电力电子设备采用电磁暂态仿真进行计算；对于外部交流电网则采用机电暂态仿真进行模拟。当越来越多的电力电子设备渗入电网后，受电磁暂态仿真速度的限制，混合仿真的快速性已难以保证。改进传统电磁暂态仿真计算方法便显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，该方法能够准确反映系统正常、对称和不对称故障下TCSC的动态行为，为机电-电磁暂态混合仿真中TCSC的模拟提供更为高效省时的方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，包括下述步骤：步骤一，获取参数；获得含TCSC系统的基础数据，包括三相TCSC支路的电感La、Lb、Lc，三相TCSC支路的电容Ca、Cb、Cc，三相电流源iA、iB、iC的表达式，和初始触发角α0；因TCSC各相线路中的电流均为基频正弦量，不失一般性，设其表达式为：同时，引入正弦辅助变量：步骤二，求初始时刻，即t＝0时刻状态变量的初值X0；设X0＝[uca0ila0ucb0ilb0ucc0ilc0iA0iB0iC0vA0vB0vC0]T，则：求TCSC各相电容电压和电感电流初值时，需根据下述公式(5)和(8)判断时，晶闸管处于导通还是关断状态；若导通则按公式(6)计算，若关断则按公式(9)计算，由此确定A、B、C相电容电压初值uca0，ucb0，ucc0，A、B、C相电感电流初值ila0，ilb0，ilc0，从而确定X0；晶闸管的导通区间为：电感电流和电容电压表达式分别为：其中，晶闸管的关断区间为：电感电流和电容电压表达式分别为：其中，V0＝DLx(ωsinα+ω0cosαtanλβ)，(10)步骤三，令k＝1；步骤四，判断t是否等于0；若是，则转到步骤十；若否，则转到步骤五；步骤五，t＝t+Δt；步骤六，判断晶闸管通、断状况是否发生改变；若是，则转到步骤七；若否，则转到步骤十一；判断方法如下：三相中任一相对应的两个晶闸管中有一个导通或关断时，则视为晶闸管通、断状况发生了改变；其中，晶闸管导通条件为：晶闸管上作用有触发脉冲，且两端电压极性为正；晶闸管关断时刻识别方法为：当相邻两个计算时步下电感电流ilx异号时，即ilx(t-Δt)×ilx(t)＜0时，或当ilx(t-Δt)≠0且ilx(t)＝0时，认为t时刻为晶闸管关断时刻，并设置该时刻的电感电流ilx(t)＝0，其中x可取a,b,c；步骤七，令第k个时段的结束时刻tked＝t；步骤八，k＝k+1；步骤九，第k个时段的起始时刻tkst＝t；步骤十，形成三相状态方程；设xa＝[uca,ila]T，xb＝[ucb,ilb]T，xc＝[ucc,ilc]T，X＝[xaxbxciAiBiCvAvBvC]T，三相的状态方程见下述公式(11)：其中，Akx和Bkx表示第k个时段x相的矩阵，其中x可取a,b,c相；当x相有晶闸管处于导通状态时：当x相的两个晶闸管都处于关断状态时：步骤十一，求解状态方程：状态方程的解为：步骤十二，判断t是否大于或等于仿真结束时间tend；若是，则结束仿真；若否，则转到步骤四。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：(1)本专利技术引入正弦辅助变量，把TCSC的状态方程由非齐次线性微分方程组转化为齐次线性微分方程组各工况下状态方程在形式上得到了统一，且该齐次线性微分方程组可通过矩阵指数积分方法快速求解；(2)相对于传统电磁暂态计算中所需求解的系统模型在每个时步都会变化，本专利技术中仅当晶闸管通、断状态发生变化时，所需求解的系统模型才会变化，因此本专利技术计算更加高效省时。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为含TCSC的简单系统示意图；图3为稳态时TCSC的电感电流和电容电压波形结构示意图；图4为稳态情况下本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图；图5为三相电流源幅值对称突变时本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图；图6为单相电流源幅值突变时本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图；图7为触发角突变时本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图；图8为C相电流源相角突变时本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图；图9为电流源幅值和相角同时突变时本专利技术与PSCAD仿真结果比较示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术以三相基频正弦电流作为TCSC的输入，采用状态空间法列写系统的状态方程，通过各步骤的处理，将模型由非齐次线性微分方程组转化为齐次线性微分方程组，该齐次线性微分方程组在晶闸管通、断状态发生变化时形式才会改变，因而是一种分时段的齐次线性微分方程组，从而提高计算速度；所建立的齐次线性微分方程组的形式如下：其中，X是系统的状态变量；是状态矩阵；k是时段序号(在一个时段内，保持不变)；tkst是第k个时段的起始时刻，对应的状态变量初值为Xkst；tked是第k个时段的结束时刻，对应的状态变量末值为Xked。设t0＝0为仿真起始时刻，X0为t＝t0时刻状态变量的初值，有以下关系成立：如图2所示，以含TCSC的简单系统为例，描述本专利技术的求解思路和求解步骤。设仿真时段为t∈[0,tend]，计算步长为Δt(一般取50μs)，待求量为三相TCSC支路的电感电流ila，ilb，ilc和电容电压uca，ucb，ucc；如图1所示，一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，包括下述步骤：步骤一，获取参数；获得含TCSC系统的基础数据，包括三相TCSC支路的电感La、Lb、Lc，三相TCSC支路的电容Ca、Cb、Cc，三相电流源iA、iB、iC的表达式，和初始触发角α0；如图3所示，触发角是从电容电压过零点到触发脉冲发出时刻之间的电角度；因TCSC各相线路中的电流均为基频正弦量，不失一般性，设其表达式为：同时，引入正弦辅助变量：上述公式(1)和(2)中，需获取IAm、IBm、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，获取参数；获得含TCSC系统的基础数据，包括三相TCSC支路的电感La、Lb、Lc，三相TCSC支路的电容Ca、Cb、Cc，三相电流源iA、iB、iC的表达式，和初始触发角α0；因TCSC各相线路中的电流均为基频正弦量，不失一般性，设其表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，获取参数；获得含TCSC系统的基础数据，包括三相TCSC支路的电感La、Lb、Lc，三相TCSC支路的电容Ca、Cb、Cc，三相电流源iA、iB、iC的表达式，和初始触发角α0；因TCSC各相线路中的电流均为基频正弦量，不失一般性，设其表达式为：同时，引入正弦辅助变量：步骤二，求初始时刻，即t＝0时刻状态变量的初值X0；设X0＝[uca0ila0ucb0ilb0ucc0ilc0iA0iB0iC0vA0vB0vC0]T，则：求TCSC各相电容电压和电感电流初值时，需根据下述公式(5)和(8)判断时，晶闸管处于导通还是关断状态；若导通则按公式(6)计算，若关断则按公式(9)计算，由此确定A、B、C相电容电压初值uca0，ucb0，ucc0，A、B、C相电感电流初值ila0，ilb0，ilc0，从而确定X0；晶闸管的导通区间为：电感电流和电容电压表达式分别为：其中，晶闸管的关断区间为：电感电流和电容电压表达式分别为：其中，V0＝DLx(ωsinα+ω0cosαtanλβ)，(10)步骤三，令k＝1；步骤四，判断t是否等于0；若是，则转到步骤十；若否，则转到步骤五；步骤五，t＝t+...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐圣扬，毛晓明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44