[发明专利]一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法。

背景技术

20世纪80年代以来，灵活交流输电系统（FACTS）技术在电力系统中的应用成为研究热点，其中，静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）因具备维持系统电压恒定、抑制低频振荡和电压闪变等功能，得到了越来越多的研究和应用，不断地有高电压等级、大容量的SVC和STATCOM装置用于我国电力系统。SVC通过控制两个反并联的晶闸管将电容器或电抗器并入到电网上或从电网中断开，以实现发出或吸收无功功率，其构成形式包括：晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管控制的高阻抗变压器（TCT）、晶闸管投切电容器（TSC）、TCR+TSC装置、TCR+固定电容器（FC）或机械投切电容器（MSC）。STATCOM利用可关断大功率电力电子器件（如IGBT，GTO等）组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。STATCOM分为电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型。

SVC和STATCOM等无功补偿装置的大量应用促进了其建模技术的研究，主要包含电磁暂态模型和机电暂态模型。电磁暂态模型详细考虑晶闸管和IGBT等电力电子器件的开通和关断过程，适用于装置功能检验、暂态过电压等研究。机电暂态模型则将电力电子器件的快速动态过程用一阶惯性环节等表示，适用于大型电力系统分析和控制研究。国内常用的PSASP和PSD-BPA电力系统仿真软件中含有几种SVC和STATCOM的机电暂态模型，然而这些模型主要根据SVC和STATCOM装置的物理结构和控制策略建模，未充分考虑这些装置在控制结构和并网特性方面的共性，建成的模型结构多种多样，与电网的接口形式也有导纳、电流等多种，不便于电力系统仿真软件的标准化实现，也造成了电力系统无功补偿装置模型的多样性和分析工作的复杂性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，该方法采用受控交流电流源与电网接口，通过控制交流电流源的电流幅值、相角和频率，特别是维持安装点电压相角超前交流电流源相角90°电角度，实现对无功补偿装置输出功率的理想控制。本发明提出的建模方法为现有各种无功补偿装置提供一种通用化的并网接口模型，并且容易扩展应用至风电机组、光伏发电系统、电池储能系统、海洋能发电系统、微型燃气轮机等各种与电网之间通过电力电子装置接口的发电系统，以及正在快速发展中、不断涌现的新型电力电子接口新能源发电系统。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于受控交流电流源的无功补偿装置模型的建模方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：测量所述无功补偿装置的安装点电压和控制点电压；

步骤2：计算控制电压偏差；

步骤3：建立无功补偿装置模型；

步骤4：计算得到受控交流电流源的幅值信号、频率信号和相角信号。

所述步骤1中，安装点电压包括安装点电压幅值V_TA、安装点电压相角q_TA和安装点电压频率f_TA；控制点电压包括控制点电压幅值V_T。

所述步骤2中的控制电压偏差用V_ERR表示，其表达式为：

V_ERR=V_REF-V_T   （1）

其中，V_REF为电压参考值幅值。

所述步骤3中的无功补偿装置模型包括辅助功能模型、电压控制主环模型、逻辑控制模型和电力电子器件延时特性模型。

所述辅助功能模型的输入信号包括线路有功功率P_L、安装点电压频率f_TA或线路电流I_L，其输出信号为辅助控制电压V_SCS。

所述辅助功能模型包括依次串联的测量环节、隔直环节、第一超前滞后环节、第二超前滞后环节、第一放大环节和第一限幅环节。

所述测量环节用表示，其中T_r为测量时间常数；

所述隔直环节用表示，其中T_w为隔直时间常数；