[发明专利]一种用于提升柔性变电站电磁暂态仿真速度的建模方法

说明书

本发明涉及一种用于提升柔性变电站电磁暂态仿真速度的建模方法，包括下列步骤：(1)柔性变电站MMC子模块的等效：将子模块中上、下桥臂的IGBT等效为能够根据导通信号在高、低阻值间切换的两个受控电阻R₁、R₂，根据隐式梯形积分法将子模块电容等效为定常电阻R_c与受控电压源V_CEQ的串联形式，并且在定常电阻R_c和受控电压源V_CEQ的串联支路两端留有电路接口，用以连接到低压侧的四绕组中频隔离DC/DC变换器。(2)柔性变电站四绕组中频隔离DC/DC变换器的等效。

技术领域

本发明属于多端口电力电子功率变换装置建模与仿真领域，针对柔性变电站详细开关模型仿真效率低下的问题，提出了一种用于提升柔性变电站电磁暂态仿真速度的建模方法。

背景技术

柔性变电站是由模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)和四绕组中频隔离DC/DC变换器组成的，具有中压直流、中压交流、低压直流等多个端口的高度集成的电力电子设备，可以灵活接入储能和分布式新能源^[1]。附图1所示为柔性变电站结构，其具有多个端口，可以灵活接入储能和分布式新能源等电源，也可以经过直流变换器接入各种电压等级的直流负荷或经逆变成工频交流电为交流用户供电，其智能化潮流控制能实现电能在不同电压等级的交、直流端口间“按需分配”，从而实现绿色能源优先供电，自主选择能量流向选择、可再生能源就地消耗或并网，同时保障重要负荷的供电可靠性。

柔性变电站的核心采用模块化多电平变流器(modular multilevel converter，MMC)和四绕组中频隔离DC/DC变换器，现有的MMC仿真模型中，基于IGBT开关管模型的详细开关模型十分详细，可以考虑柔性变电站所有的仿真细节，但是详细开关模型在进行仿真计算时，需要考虑每个开关器件的开关过程，在仿真具有大规模子模块柔性变电站时，仿真效率大大降低[2][3][4]。并且随着柔性直流输电不断向更高的传输功率和电压等级发展，MMC所需的子模块和四绕组中频隔离DC/DC变换器的模块数目也随之不断增加，严重降低了模型的运行仿真速度，因此开发一种适用于柔性变电站电磁暂态仿真的提速仿真模型显得尤为重要。

为提高仿真效率，目前MMC仿真中大多数采用基于整个桥臂等效的戴维南等效模型^[5][6]，而由于此类模型的高度等效，没有保留子模块的对外接口，忽略了子模块电容外接电路对电容电压的影响，不能够满足当前柔性变电站以及其他很多实际工程的需要。同时柔性变电站中特殊设计的四绕组变压器采用三相共电容结构，可以将相间基频和二倍频波动功率在变压器铁芯中抵消，降低子模块电容上的功率波动，因而可大幅减小中压级三相MMC的子模块电容，但是在目前的快速仿真领域，还没有相关仿真技术考虑到这种技术的仿真建模。

参考文献

[1]傅守强，高杨，陈翔宇，等.基于柔性变电站的交直流配电网技术研究与工程实践[J].电力建设，2018(5)：46-55.

[2]许建中，李承昱，熊岩，等.模块化多电平换流器高效建模方法研究综述[J].中国电机工程学报，2015，35(13)：3381-3392.

[3]许建中，赵成勇，Aniruddha M.Gole.模块化多电平换流器戴维南等效整体建模方法[J].中国电机工程学报，2015，35(8)：1919-1929.

[4]赵禹晨，徐义良，赵成勇，等.单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法[J].中国电机工程学报，2018，38(16)：4658-4667.

[5]许建中，赵成勇，刘文静.超大规模MMC电磁暂态仿真提速模型[J].中国电机工程学报，2013，33(10)：114-120.

[6]管敏渊，徐政.模块化多电平换流器的快速电磁暂态仿真方法[J].电力自动化设备，2012，32(6):36-40.