【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多端口换流器领域，特别是涉及一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法。
技术介绍
1、电力系统领域正在发生着深刻的变化，电力系统的电磁暂态特性也将变得日趋复杂。通过对电力系统相关元件进行准确的建模和详细、快速的电磁暂态仿真分析，可以准确地掌握电力系统的动态特征，为电力系统的规划设计、建设发展和运行实践提供重要帮助。
2、随着新型电力系统构建的不断推进，新能源场站的数目越来越多，会出现大量的电压源型换流器，对新型电力系统电磁暂态仿真带来了新的挑战。
3、随着交直流电网规模的不断扩大，对电磁暂态仿真的快速性和准确性要求不断提高，新型电力系统电磁暂态仿真面临以下难题：
4、1)电网规模扩大。现有的电磁暂态仿真数值算法，无论是采用状态空间法还是节点电压法，最后都需要联立求解线性代数方程组，其计算量通常与方程组的阶数成立方关系，因而仿真速度将随着系统规模的增大急剧下降而变得不可接受。当前，交直流混联电网规模庞大，设备众多，仿真节点总规模接近3万个。对如此大规模的系统如果直接采用现有的数值算法，将面临着求解超高阶线性代数方程组的问题。因此，需要研究高效的计算方法，实现计算量与系统规模间的关系小于或近似于线性关系。
5、2)设备特性复杂。随着对换流器，新能源场站，复杂的控制系统，信息物理系统等各种线性及非线性模型的研究和深入分析，研究人员使用电磁暂态仿真作为工具进行研究时，研究对象和目的也复杂多样，出现了特性更为复杂的电力电子设备，这些电力电子设备，性能各异、开关动作频繁，具有时变和
6、3)拓扑更为多样。随着对能量传递的深入研究，为了满足多向流动，电力电子设备往往需采用多级和/或多端口结构。往往采用串或并联的方式，将端口之间和变换级之间进行链接，而且各端口和各变换级之间的电、磁耦合紧密，设备拓扑更为复杂多样。因此，需要一种能够将不同的拓扑结构统一起来的通用建模方法。
7、电磁暂态仿真既要准确又须快速，然而，上述三方面的变化，使得电压源型换流器仿真的准确性与快速性矛盾更为突出，现有的方法已难以适用，亟须改进或提出新的方法。
8、现有的电压源型换流器电磁暂态离线仿真提速模型，均力求在详细模型的精度与仿真效率之间实现折中。现有的电压源型换流器模型大致可分为3类：
9、(1)详细模型
10、保留了换流器所有控制系统和电容电压计算记录，可以用于分析换流器内部异常问题，如谐波分析等。但是由于详细模型保留了换流器完整的拓扑结构，计算量大，不适合用于大型系统的分析，常作为侧试其他改进模型的参考模型。
11、详细模型由于考虑半导体开关暂态行为，需要求解大量的电气节点，还需要一个快速求解非线性开关事件的算法，并且要求计算方法具有求解“刚性”微分方程的能力，总体计算时间还很长，主要用于验证其他简化等值模型，不适合大规模电力系统的仿真建模。
12、(2)动态相量模型
13、动态相量模型采用相量描述，其本质是将电磁暂态仿真中开关函数表示的高频变化的瞬时值模型通过某种变换方法构造成慢变解析信号描述的动态相量模型。动态相量模型既可以用状态空间法求解，也可以用节点分析法求解。
14、理论上，当计及足够阶数时，动态相量法可接近详细模型的精度。但是在实际应用时，随着系统规模的增加，受计算平台的硬件能力限制，方程阶数增加，计算速度降低。
15、(3)多端口等值模型
16、多端口等值模型采用嵌套思想，实现系统和设备的双层仿真策略。在系统层级，将换流器进行多端口等值，作为整体参与全系统的仿真；在系统级仿真结束并获得端口特性后，再进行设备层级的仿真以计算换流器内部特性、更新历史电流源以及下一时刻的的端口导纳矩阵。
17、在系统层级将换流器进行外部端口等值、全系统的求解获得端口特性的过程，以及在设备层级反解其内部特性的过程，均涉及到矩阵运算，大量的矩阵运算会使求解效率偏低，尤其是当系统复杂时，仿真效率更低。除此之外，该方法也是通过矩阵的运算来形成节点导纳矩阵，无法利用电路的物理本质进行过程的简化提速。
18、综上，现有技术存在的缺点主要是：
19、在大规模电网的背景下，电压源型换流器电磁暂态仿真存在精度与计算效率难以兼顾的矛盾。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，可解决换流器的多端口诺顿等值快速建模和高效求解的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，包括：
4、构建待研究多端口换流器中每个单相换流器的二值电阻等效电路；
5、根据所述二值电阻等效电路所对应的电导形式的状态方程，获得待研究多端口换流器中每个单相换流器的开关函数等效电路，并定义开关函数等效电路的参数；
6、离散化每个单相换流器的开关函数等效电路，获得每个单相换流器的开关函数离散化等效电路，并定义离散化后的参数；
7、根据每个单相换流器的开关函数离散化等效电路，确定待研究多端口换流器的诺顿等值模型；其中，所述诺顿等值模型包括外部端口等值节点导纳矩阵、内部历史电流源注入到外部端口节点的电流矩阵和外部端口节点的电压矩阵；所述外部端口等值节点导纳矩阵中的元素和所述内部历史电流源注入到外部端口节点的电流矩阵中的元素均由单相换流器的开关函数等效电路的参数表示；
8、对待研究多端口换流器进行仿真，判断待研究多端口换流器的当前工作模式；
9、若判定所述当前工作模式为正常状态或正向充电状态下的闭锁状态或反向充电状态下的闭锁状态，则根据待研究多端口换流器的开关状态表中当前工作模式所对应的参数开关状态组合更新开关函数等效电路的参数值；
10、根据更新后的开关函数等效电路的参数值，更新外部端口等值节点导纳矩阵中元素的值以及内部历史电流源注入到外部端口节点的电流矩阵中元素的值，获得化简后的诺顿等值模型；
11、根据化简后的诺顿等值模型，求解当前时刻外部端口节点的电压矩阵；
12、根据当前时刻外部端口节点的电压矩阵，更新待研究多端口换流器的开关函数离散化等效电路中离散化后的参数值；
13、若判定所述当前工作模式为高阻态状态下的闭锁状态，则计算开关函数等效电路的参数值，并按照计算的开关函数等效电路的参数值更新开关函数等效电路的参数值，同时返回步骤“根据更新后的开关函数等效电路的参数值，更新外部端口等值节点导纳矩阵中元素的值以及内部历史电流源注入到外部端口节点的电流矩阵中元素的值，获得化简后的诺顿等值模型”。
14、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
15、本专利技术公开一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，根据换流器中电感本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，所述电导形式的状态方程为：
3.根据权利要求2所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，定义的开关函数等效电路的参数为：
4.根据权利要求3所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，离散化每个单相换流器的开关函数等效电路，获得每个单相换流器的开关函数离散化等效电路，并定义离散化后的参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，所述待研究多端口换流器的诺顿等值模型为：
6.根据权利要求5所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，外部端口节点的电压矩阵的构建过程为：
7.根据权利要求5所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，内部历史电流源注入到外部端口节点的电流矩阵的构建过程为：
8.根据权利要求5所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，根据每个单相换流器的开关
9.根据权利要求8所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，根据当前时刻外部端口节点的电压矩阵，更新待研究多端口换流器的开关函数离散化等效电路中离散化后的参数值，具体包括：
10.根据权利要求8所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，所述开关状态表包括：每个开关组的状态、交流侧的等效电阻Req的取值、导纳Geq的取值、开关函数S的权值、直流侧的节点电压对交流侧产生影响的等值电压源Ueq的取值、交流测端口电流对直流侧产生影响的等效电流源Jeq的取值和iL的取值。
...【技术特征摘要】
1.一种多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，所述电导形式的状态方程为：
3.根据权利要求2所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，定义的开关函数等效电路的参数为：
4.根据权利要求3所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，离散化每个单相换流器的开关函数等效电路，获得每个单相换流器的开关函数离散化等效电路，并定义离散化后的参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，所述待研究多端口换流器的诺顿等值模型为：
6.根据权利要求5所述的多端口换流器电磁暂态建模与仿真方法，其特征在于，外部端口节点的电压矩阵的构建过程为：
7.根据权利要求5所述的多端口换流...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚蜀军，蒋俊杰，李志来，朱振宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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