一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法及系统。本发明专利技术基于多频段动态向量法原理，对电压源型换流器的动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型；根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间，根据每个时间子区间内电压源型换流器的工况，选择每个时间子区间的仿真的模型和加窗傅里叶的窗宽进行自适应仿真，从而实现针对稳态工况和故障工况自适应采用不同的仿真模型。本发明专利技术将多频段动态向量模型与自适应的可变仿真步长结合，解决了传统VSC电磁暂态模型仿真规模和仿真速度受限及传统VSC动态相量模型和频率偏移法无法保证仿真精度的问题，实现了兼顾稳态工况和故障工况采用多频段动态相量模型不同窗宽的高效仿真。

A dynamic simulation method and system of voltage source converter

【技术实现步骤摘要】
一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法及系统
本专利技术涉及换流器性能研究
，特别是涉及一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法及系统。
技术介绍
新能源发电的规模化接入以及中低压直流输电/配电网广泛建设导致电力系统运行方式发生深刻变化，并且并网的电压源型换流器(VoltageSourceConverter,VSC)的暂态特性直接影响了含大规模新能源发电的电力系统动态特性。VSC动作特性复杂，能够建立兼顾精度和效率的变流器仿真模型一直是学术界研究的焦点内容。如今，已经建立了适用多种场合的变流器仿真模型，如VSC详细模型，以采样定理为根据，通过极小的步长来捕捉高频开关的精确变化，但一方面，过小的步长使得计算量非常的大，另一方面，每次开关动作时必须更新所仿真的电力系统的导纳阵，加大了仿真负担。VSC动态向量模型，通过移频，将高频的仿真对象变成低频仿真对象，可以用大步长进行仿真，但是无法考虑谐波，从而在一定程度上降低了模型的精度。VSC多频段动态向量模型，在加窗傅里叶分解过程中分解窗宽固定，通常为工频周期，因此不能根据不同的工况需求进行步长自适应，所以如何实现兼顾仿真速度和仿真精度的电压源型换流器的动态仿真模拟成为一个亟待解决的技术问题。本专利技术则用于解决传统VSC电磁暂态模型仿真规模和仿真速度受限的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法及系统，以解决传统VSC电磁暂态模型仿真规模和仿真速度受限及传统VSC动态相量模型和频率偏移法无法保证仿真精度的问题，通过在稳态工况和暂态工况之间自适应的切换具有不同窗宽的仿真模型，从而实现兼顾仿真速度和仿真精度的电压源型换流器的动态仿真模拟。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法，所述模拟方法包括如下步骤：建立电压源型换流器的动态向量模型；基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型；根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间；基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况；采用每个时间子区间切换后的窗宽对每个时间子区间的仿真，实现电压源型换流器的动态仿真。可选的，所述建立电压源型换流器的动态向量模型，具体包括：建立电压源型换流器的动态向量模型为：其中，t表示时间，ua、ub、uc分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压；ia、ib、ic分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流；ud表示电压源型换流器直流侧电压，R和L分别表示电压源型换流器交流侧联结变压器等效电阻和等效电感；＜·＞表示动态向量；Sa、Sb、Sc分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数；可选的，所述基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型，具体包括：基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型为：其中，分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流信号的子频段动态相量，分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压信号的子频段动态相量，和分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数信号的子频段动态相量；其中，x(t)表示ia、ib、ic、ua、ub、uc、Sa、Sb或Sc；fn第n个频段信号的频率，Bn表示第n个频段信号，Hn-1和Hn分别表示第n-1个频段信号和第n个频段信号的最后一个谐波阶数，Xh(t)表示x(t)的第h阶傅里叶系数，ωh表示x(t)的第h阶谐波的角频率，ωs为基波角频率，f(Ti)表示对第i个时间子区间的状态向量进行加窗傅里叶分解时的窗宽，x(τ)表示x(t)在一个周期τ内的信号。可选的，所述根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间，具体包括：根据运行工况将仿真时间T分解成多个时间子区间为：T＝T1∪T2∪T3∪……∪TI；T1、T2、T3和TI分别表示第1个、第2个、第3个和第I个时间子区间。可选的，所述基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况，具体包括：当在第i个时间子区间所述电压源型换流器处于稳态工况时，则将加窗傅里叶的窗宽切换至工频周期；其中，i＝1,2,3…，I，I表示子时间区间的个数；当在第i个时间子区间所述电压源型换流器处于暂态工况时，则将加窗傅里叶的窗宽切换至开关周期。本专利技术还提供一种电压源型换流器的动态仿真模拟系统，所述模拟系统具体包括：动态向量模型建立模块，用于建立电压源型换流器的动态向量模型；多频段动态向量模型获取模块，用于基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型；仿真时间分解模块，用于根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间；自适应窗宽切换模块，用于基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况；仿真模块，用于采用每个时间子区间切换后的窗宽对每个时间子区间的仿真，实现电压源型换流器的动态仿真。可选的，所述动态向量模型建立模块，具体包括：动态向量模型建立子模块，用于建立电压源型换流器的动态向量模型为：其中，t表示时间，ua、ub、uc分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压；ia、ib、ic分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流；ud表示电压源型换流器直流侧电压，R和L分别表示电压源型换流器交流侧联结变压器等效电阻和等效电感；＜·＞表示动态向量；Sa、Sb、Sc分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数；可选的，所述多频段动态向量模型获取模块，具体包括：多频段动态向量模型获取子模块，用于基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型为：其中，分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流信号的子频段动态相量，分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压信号的子频段动态相量，分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数信号的子频段动态相量；其中，x(t)表示ia、ib、ic、ua、ub、uc、Sa、Sb或Sc；fn第n个频段信号的频率，Bn表示第n个频段信号，Hn-1和Hn分别表示第n-1个频段信号和第n个频段信号的最后一个谐波阶数，Xh(t)表示x(t)的第h阶傅里叶系数，ωh表示x(t)的第h阶谐波的角频率，ωs为基波角频率，f(Ti)表示对第i个时间子区间的状态向量进行加窗傅里叶分解时的窗宽，x(τ)表示x(t)在一个周期τ内的信号。可选的，所述仿真时间分解模块，具体包括：所述仿真时间分解子模块，用于根据运行工况将仿真时间T分解成多个时间子区间为：T＝T1∪T2∪T3∪……∪TI；T1、T2、T3和TI分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括如下步骤：/n建立电压源型换流器的动态向量模型；/n基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型；/n根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间；/n基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况；/n采用每个时间子区间切换后的窗宽对每个时间子区间的仿真，实现电压源型换流器的动态仿真。/n

【技术特征摘要】
1.一种电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括如下步骤：
建立电压源型换流器的动态向量模型；
基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型；
根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间；
基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况；
采用每个时间子区间切换后的窗宽对每个时间子区间的仿真，实现电压源型换流器的动态仿真。


2.根据权利要求1所述的电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述建立电压源型换流器的动态向量模型，具体包括：
建立电压源型换流器的动态向量模型为：



其中，t表示时间，ua、ub、uc分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压；ia、ib、ic分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流；ud表示电压源型换流器直流侧电压，R和L分别表示电压源型换流器交流侧联结变压器等效电阻和等效电感；＜·＞表示动态向量；Sa、Sb、Sc分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数；





3.根据权利要求2所述的电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型，具体包括：
基于多频段动态向量法原理，对所述动态向量模型进行分解、重组和移频获得多频段动态向量模型为：



其中，分别表示电压源型换流器的入口侧的三相电流信号的子频段动态相量，分别表示电压源型换流器的出口侧的三相电压信号的子频段动态相量，和分别表示电压源型换流器的三相全桥臂的开关函数信号的子频段动态相量；其中，x(t)表示ia、ib、ic、ua、ub、uc、Sa、Sb或Sc；fn第n个频段信号的频率，Bn表示第n个频段信号，Hn-1和Hn分别表示第n-1个频段信号和第n个频段信号的最后一个谐波阶数，Xh(t)表示x(t)的第h阶傅里叶系数，ωh表示x(t)的第h阶谐波的角频率，ωs为基波角频率，f(Ti)表示对第i个时间子区间的状态向量进行加窗傅里叶分解时的窗宽，x(τ)表示x(t)在一个周期τ内的信号。


4.根据权利要求1所述的电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述根据运行工况将仿真时间分解成多个时间子区间，具体包括：
根据运行工况将仿真时间T分解成多个时间子区间为：T＝T1∪T2∪T3∪……∪TI；T1、T2、T3和TI分别表示第1个、第2个、第3个和第I个时间子区间。


5.根据权利要求1所述的电压源型换流器的动态仿真模拟方法，其特征在于，所述基于自适应策略原理，根据每个时间子区间电压型换流器的工况自适应切换多频段动态相量模型的窗宽，所述工况为稳态工况或故障工况，具体包括：
当在第i个时间子区间所述电压源型换流器处于稳态工况时，则将加窗傅里叶的窗宽切换至工频周期；其中，i＝1,2,3…，I，I表示子时间区间的个数；
当在第i个时间子区间所述电压源型换流器处于暂态工况时，则将加窗傅里叶的窗宽切换至开关周期。

【专利技术属性】
技术研发人员：姚蜀军，宋文达，汪燕，韩民晓，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11