[发明专利]基于参数化恒导纳模型的多逆变器仿真建模与优化方法

说明书

本发明公开基于参数化恒导纳模型的多逆变器仿真建模与优化方法，所述多逆变器仿真建模与优化方法包括如下步骤：S1:根据参数化恒导纳开关的稳态匹配值确定逆变器中的部分参数；S2:采用参数化恒导纳开关替换电路中开关，先对单个逆变器建立状态空间，并以此为基础对整个系统建立状态空间表达式；S3:根据系统的状态矩阵，构造谱半径与逆变器参数间的关系，并根据谱半径‑稳定性原理确定系统稳定域；S4:将状态矩阵按编号分块，以暂态收敛速度、波动大小、系统耦合程度的加权平均为目标函数进行优化，最终得到优化后的参数；S5:对各逆变器进行桥臂交叉初始化，通过状态切换时刻上下桥臂间交叉赋值，进一步削弱暂态波动，提升系统动态性能。

技术领域

本发明涉及电力电子换流器建模领域，具体是一种基于参数化恒导纳模型的多逆变器仿真建模与优化方法。

背景技术

随着高密度分布式电源的大量接入，具有高频特性的电力电子器件数量大幅增加，这在多换流器系统中的体现尤为明显。在各类换流器中，逆变器因在新能源发电中的广泛应用而受到关注，对其的仿真研究一直是电力系统仿真分析中的关键点。作为模拟检验系统运行的重要手段，仿真的效率与精度应当满足目前大规模电力系统的需求。多逆变器系统作为常见的仿真模块，其运行速度直接影响了系统整体的仿真效率。因此，如何在多逆变器系统建模过程中兼顾精度与效率，成为众多专家学者关注的重点。

逆变器是高密度电力电子器件分布的现代电力系统中重要的构成部分，对其的仿真对于新能源并入电网以及确保电力系统中稳定控制与运行具有重要的参考价值。变流器模型中含有大量状态高频率变化的电力电子开关，其建模和仿真方法将对仿真的整体精度和效率产生重大影响，因此受到学者们的广泛关注。国内包括中国电科院、天津大学、上海交通大学等研究机构的科研团队在变流器模型的小步长电磁暂态仿真方面取得了一定成果。通常情况下，逆变器等换流器中的开关模型采用二值电阻模型、LC模型或平均化模型，这类模型各有优势，但也存在明显缺陷。二值电阻模型常用于离线仿真软件PSCAD中，它将导通状态等效为一个小电阻，关断状态等效为大电阻，实现了开关建模。由于导通、关断状态阻值不同，每次状态切换后整个系统的导纳矩阵需要重新生成，在电力电子的高频情况下就会占用大量的仿真资源，影响仿真效率。LC模型则由于恒导纳特性，不需要重新生成导纳矩阵，但其等效的电感、电容会带来无法消除的暂态波动过程，影响动态性能。平均化模型则是将一定周期内的开关值做平均处理，在低频时具有较好的可行性，但在高频下性能与理想开关有较大差异。

目前，参数化恒导纳模型在具有较高仿真效率的情况下，仍能满足一定的精度，具有较高的实用性。但其仅在斩波电路、单逆变器等简单电路中验证了可行性。而在应用于多逆变器系统时，会出现参数可行域变化与适配问题。因此，研究其对于多逆变器系统的参数适应方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供基于参数化恒导纳模型的多逆变器仿真建模与优化方法，基于参数化恒导纳开关模型，提出考虑系统暂态收敛速度、暂态波动大小、系统耦合程度的多逆变器动态过程优化指标及计算方法，并针对桥臂状态切换误差，提出交叉初始化的方法，进一步优化暂态过程。从而为参数化多逆变器系统结构设计提供依据，实现在保证一定精度的前提下，多逆变器模型的高效仿真，进而提高有源配电网的仿真速度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于参数化恒导纳模型的多逆变器仿真建模与优化方法，所述多逆变器仿真建模与优化方法包括如下步骤：

S1:根据参数化恒导纳开关的稳态匹配值确定逆变器中的部分参数；

S2:采用参数化恒导纳开关替换电路中开关，先对单个逆变器建立状态空间，并以此为基础对整个系统建立状态空间表达式；

S3:根据系统的状态矩阵，构造谱半径与逆变器参数间的关系，并根据谱半径-稳定性原理确定系统稳定域；

S4:将状态矩阵按编号分块，以暂态收敛速度、波动大小、系统耦合程度的加权平均为目标函数进行优化，最终得到优化后的参数；