一种柔性直流输电系统的动态模拟方法及装置与流程

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种柔性直流输电系统的动态模拟方法及装置。

背景技术：

1、随着传统的电力系统逐渐向高比例电力电子器件组成的新型电力系统转变，电力系统传输网络由传统的交流传输转变为交流、直流和交直流混合传输，直流输电具有输电质量高且传输容量大，目前应用越来越广泛。

2、现在电力系统随着用电需求的增加越来越庞大，电力系统对安全稳定的要求越来越高，以电压源换流器为主要核心器件的柔性直流输电逐渐成为解决此类问题的可靠方案之一。

3、在现有技术中仅采用数字仿真实验对电力系统进行仿真，无法观察到实验过程中的物理现象且仿真的结果与现实的电力系统存在较大误差，导致无法真实的对柔性直流输电系统仿真阶段，从而在仿真阶段有效的调整和测试电力系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性直流输电系统的动态模拟方法及装置，以解决现有技术中无法准确的对柔性直流输电系统仿真的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种柔性直流输电系统的动态模拟方法，包括：

3、根据柔性直流输电系统，构建换流阀模型，并通过所述换流阀模型构建柔性直流输电系统的交流侧模型；

4、根据柔性直流输电系统中直流侧的电路信息构建型等效电路，并根据所述型等效电路构建柔性直流输电系统的直流侧模型；

5、根据所述换流阀模型将交流侧模型和直流侧模型相连接得到所述柔性直流输电系统对应的动态模型；

6、获取所述柔性直流输电系统中的电路参数，根据数据换算公式确定所述动态模型中的电路参数，并根据预设的相似判据实时判断所述柔性直流输电系统和动态模型中数据是否相同；

7、当所述柔性直流输电系统和动态模型中数据不同时，获得所述柔性直流输电系统和动态模型之间的数值差异，根据所述数值差异对动态模型内的元器件进行调整，直至相似判据中所述柔性直流输电系统和动态模型中的数据相同。

8、这样通过构建换流阀模型和直流侧等效电路模型，并结合交流侧模型，可以更全面地描述柔性直流输电系统的动态特性，提高仿真的准确性。同时通过确定动态模型并实时检测系统和模型数据的一致性，可以确保模型与实际系统的匹配程度，提高模拟结果的可信度。进一步地，通过确定动态模型并实时检测系统和模型数据的一致性，可以确保模型与实际系统的匹配程度，提高模拟结果的可信度。基于准确的动态模型，可以进行系统的优化设计和性能评估，帮助工程师更好地理解系统行为，提高柔性直流输电系统的性能和稳定性。

9、进一步地，所述根据柔性直流输电系统，构建换流阀模型，具体为：

10、根据所述柔性直流输电系统中换流器装置的各个元器件功能，设置换流阀模型中的各个模块；其中，所述换流阀模型包括：电源输入模块、保护电路模块、滤波模块和电容子模块；

11、所述电源输入模块连接保护电路模块的第一端，所述保护电路模块的第二端连接所述滤波模块的第一端，所述滤波模块的第一端连接所述电容子模块的两端；

12、所述电源输入模块包括三路电源输入，并分别连接保护电路模块的第一端，所述保护电路模块包括若干电阻和电感；所述滤波模块包括若干二极管和相应的三极管串联单元。

13、这样根据柔性直流输电系统构建换流阀模型，从而提高柔性直流输电系统的动态模拟准确性。

14、进一步地，所述通过所述换流阀模型构建柔性直流输电系统的交流侧模型，具体为：

15、根据所述换流阀模型中的保护电路模块构建三路电源线路上电压和电流在abc坐标轴中的交流数学模型，并根据所述交流数学模型确定柔性直流输电系统的交流侧模型；

16、其中，所述交流数学模型为：

17、

18、式中usa、usb、usc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相相电压，isa、isb、isc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相相电流，uca、ucb、ucc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相线电压，l表示电感，r表示电阻。

19、这样基于交流数学模型，可以确定柔性直流输电系统的交流侧模型，从而对进行柔性直流输电系统进行仿真和优化设计。准确的模型有助于预测系统的运行情况，指导系统的控制和调节。且这样通过数学模型建立交流侧模型可以提高交流侧模型的响应速度和稳定性。这有助于降低系统的谐波含量、改善电压质量，提升系统的整体性能。

20、进一步地，所述根据柔性直流输电系统中直流侧的电路信息构建π型等效电路，具体为：

21、根据柔性直流输电系统中直流侧的电阻信息和用电设备信息，确定等效电路中的电阻模块量，并通过构建电容模块等效柔性直流输电系统中的用电设备；

22、所述π型等效电路包括：电阻模块、第一电容子模块和第二电容子模块；

23、所述电阻模块的第一端连接第一电容子模块的第一端，所述电阻模块的第二端连接第二电容子模块的第一端；

24、所述第一电容子模块的第二端连接所述第二电容子模块的第二端，所述第一电容子模块的第二端和第二电容子模块的第二端还连接地面；

25、其中，所述电阻模块为电感和电阻的串联电路。

26、这样通过建立等效电路模型，可以更好地模拟柔性直流输电系统中直流侧的电路特性，并提高系统的性能和稳定性。并引入电阻模块、电容子模块等等效元件，可以简化系统的分析和计算。通过等效电路模型，可以更方便地进行电路分析并可以更直观地观察系统的动态响应和稳定性。

27、进一步地，所述根据所述π型等效电路构建柔性直流输电系统的直流侧模型，具体为：

28、根据所述π型等效电路获取所述换流阀直流侧在abc坐标轴中的直流数学模型；

29、所述直流数学模型为：

30、

31、式中，d表示求导，il为流过电感l的电流，r为电阻，c1为第一电容子模块，c2为第二电容子模块，u1为第一电容子模块两侧的第一电压，u2为第二电容子模块两侧的第二电压，i1为流过第一电容子模块第一电流，i2为流过二电容子模块第二电流；

32、根据所述直流数学模型确定柔性直流输电系统的直流侧模型。

33、这样通过建立直流数学模型，可以更深入地分析柔性直流输电系统直流侧的电路特性和运行机理。通过模拟分析不同控制策略对系统性能的影响，可以优化控制算法，提高系统的稳定性和效率。

34、进一步地，所述获取所述柔性直流输电系统中的电路参数，根据数据换算公式确定所述动态模型中的电路参数，具体为：

35、获取柔性直流输电系统中的多电平的换流转单个桥臂的子模块数、额定功率和直流母线电压；

36、根据柔性直流输电系统中的多电平的换流转单个桥臂的子模块数、额定功率和直流母线电压，获取所述动态模型中的电容子模块的电压和电流数据并获得所述动态模型中的输入电压和输入电流。

37、这样可以更准确地模拟系统的动态响应、稳定性和性能指标，为系统设计和优化提供可靠依据。将准确的电路参数应用于动态模型中，可以进行系统的仿真验证。通过仿真分析系统在不同工况下的运行情况，可以评估系统的性能表现，为实际应用提供参考。

38、进一步地，所述根据预设的相似判据实时判断所述柔性直流输电系统和动态模型中数据是否相同，具体为：

39、获取柔性直流输电系统中的输出电压、输出电流和桥臂数据信息；

40、根据相似判据分别计算动态模型和柔性直流输电系统的数值，并判断动态模型和柔性直流输电系统的数值是否相等；

41、其中，所述相似判据包括：第一相似判据、第二相似判据和第三相似判据，所述相似判据具体为：

42、

43、式中，rb为桥臂的等效电阻，lb为桥臂的电抗值，cb为桥臂的电容值，csm为总电容值，vout为输入电压，t为时间常数，nt为在t时刻多电平的换流转单个桥臂的子模块数。

44、这样通过实时判断动态模型和实际系统数据是否相同，可以实现对柔性直流输电系统运行状态的实时监测。及时发现模型与实际系统之间的差异，有助于预警潜在问题，确保系统安全稳定运行。同时通过相似判据对比动态模型和实际系统的数据，可以验证模型的准确性和可靠性。如果两者数据相同，说明动态模型能够准确反映实际系统的运行情况，提高工程设计的可靠性。进一步地，根据相似判据对比数据，可以发现动态模型与实际系统之间的差异，从而优化模型参数和控制策略，提高系统性能和效率。持续改进动态模型可以帮助优化系统设计和运行。

45、进一步地，所述根据所述数值差异对动态模型内的元器件进行调整，直至相似判据中所述柔性直流输电系统和动态模型中的数据相同，具体为：

46、当所述柔性直流输电系统和动态模型的第一相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电阻值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第一相似判据数值相同；

47、当所述柔性直流输电系统和动态模型的第二相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电抗值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第二相似判据数值相同；

48、当所述柔性直流输电系统和动态模型的第三相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电容值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第三相似判据数值相同。

49、这样通过逐步调整动态模型中桥臂的电阻值、电抗值和电容值，以使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，实现了对模型参数的精细调整，提高了模型与实际系统的匹配度。且通过逐步调整动态模型中桥臂的电阻值、电抗值和电容值，以使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，实现了对模型参数的精细调整，提高了模型与实际系统的匹配度。进一步地，通过实时检测并调整动态模型内元器件的数值，确保模型与实际系统数据的一致性，有助于及时发现并纠正模型与实际系统之间的差异，保持模型的准确性。同时通过使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，可以提高模型的可信度。

50、第二方面，本技术提供了一种柔性直流输电系统的动态模拟装置，包括：交流侧模块、直流侧模块、动态模块、相似模块和同步模块；

51、所述交流侧模块用于根据柔性直流输电系统，构建换流阀模型，并通过所述换流阀模型构建柔性直流输电系统的交流侧模型；

52、所述直流侧模块用于根据柔性直流输电系统中直流侧的电路信息构建型等效电路，并根据所述型等效电路构建柔性直流输电系统的直流侧模型；

53、所述动态模块用于根据所述换流阀模型将交流侧模型和直流侧模型相连接得到所述柔性直流输电系统对应的动态模型；

54、所述相似模块用于获取所述柔性直流输电系统中的电路参数，根据数据换算公式确定所述动态模型中的电路参数，并根据预设的相似判据实时判断所述柔性直流输电系统和动态模型中数据是否相同；

55、所述同步模块用于当所述柔性直流输电系统和动态模型中数据不同时，获得所述柔性直流输电系统和动态模型之间的数值差异，根据所述数值差异对动态模型内的元器件进行调整，直至相似判据中所述柔性直流输电系统和动态模型中的数据相同。

56、进一步地，所述交流侧模块包括：设置单元；

57、所述设置单元用于根据所述柔性直流输电系统中换流器装置的各个元器件功能，设置换流阀模型中的各个模块；其中，换流阀模型，包括：电源输入模块、保护电路模块、滤波模块和电容子模块；

58、所述电源输入模块连接保护电路模块的第一端，所述保护电路模块的第二端连接所述滤波模块的第一端，所述滤波模块的第一端连接所述电容子模块的两端；

59、其中，所述电源输入模块包括三路电源输入，并分别连接保护电路模块的第一端，所述保护电路模块包括若干电阻和电感；所述滤波模块包括若干二极管和相应的三极管串联单元。

60、进一步地，所述交流侧模块，包括：交流数学单元；

61、所述交流数学单元用于根据所述换流阀模型中的保护电路模块构建三路电源线路上电压和电流在abc坐标轴中的交流数学模型，并根据所述交流数学模型确定柔性直流输电系统的交流侧模型；

62、其中，所述交流数学模型为：

63、

64、式中usa、usb、usc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相相电压，isa、isb、isc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相相电流，uca、ucb、ucc表示换流阀模型交流侧a、b、c三相线电压，l表示电感，r表示电阻。

65、进一步地，所述直流侧模块包括：等效电路单元；

66、所述等效电路单元用于根据柔性直流输电系统中直流侧的电阻信息和用电设备信息，确定等效电路中的电阻模块量，并通过构建电容模块等效柔性直流输电系统中的用电设备；

67、其中，所述π型等效电路包括：电阻模块、第一电容子模块和第二电容子模块；

68、所述电阻模块的第一端连接第一电容子模块的第一端，所述电阻模块的第二端连接第二电容子模块的第一端；

69、所述第一电容子模块的第二端连接所述第二电容子模块的第二端，所述第一电容子模块的第二端和第二电容子模块的第二端还连接地面；

70、其中，所述电阻模块为电感和电阻的串联电路。

71、进一步地，所述直流侧模块包括：直流数学单元和直流单元；

72、所述直流数学单元用于根据所述π型等效电路获取所述换流阀直流侧在abc坐标轴中的直流数学模型；

73、所述直流数学模型为：

74、

75、式中，d表示求导，il为流过电感l的电流，r为电阻，c1为第一电容子模块，c2为第二电容子模块，u1为第一电容子模块两侧的第一电压，u2为第二电容子模块两侧的第二电压，i1为流过第一电容子模块第一电流，i2为流过二电容子模块第二电流；

76、所述直流单元用于根据所述直流数学模型确定柔性直流输电系统的直流侧模型。

77、进一步地，所述相似模块包括：数据获取单元和数据同步单元；

78、所述数据获取单元用于获取柔性直流输电系统中的多电平的换流转单个桥臂的子模块数、额定功率和直流母线电压；

79、所述数据同步单元用于根据柔性直流输电系统中的多电平的换流转单个桥臂的子模块数、额定功率和直流母线电压，获取所述动态模型中的电容子模块的电压和电流数据并获得所述动态模型中的输入电压和输入电流。

80、进一步地，所述相似模块包括：数据判断单元；

81、所述数据判断单元用于获取柔性直流输电系统中的输出电压、输出电流和桥臂数据信息，并根据相似判据分别计算动态模型和柔性直流输电系统的数值，判断动态模型和柔性直流输电系统的数值是否相等；

82、其中，所述相似判据包括：第一相似判据、第二相似判据和第三相似判据，所述相似判据具体为：

83、

84、式中，rb为桥臂的等效电阻，lb为桥臂的电抗值，cb为桥臂的电容值，csm为总电容值，vout为输入电压，t为时间常数，nt为在t时刻多电平的换流转单个桥臂的子模块数。

85、进一步地，所述同步模块包括：第一判据单元、第二判据单元和第三判据单元；

86、所述第一判据单元用于当所述柔性直流输电系统和动态模型的第一相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电阻值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第一相似判据数值相同；

87、所述第二判据单元用于当所述柔性直流输电系统和动态模型的第二相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电抗值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第二相似判据数值相同；

88、所述第三判据单元用于当所述柔性直流输电系统和动态模型的第三相似判据不同时，则由低到高逐步调整动态模型中桥臂的电容值，直至所述柔性直流输电系统和动态模型的第三相似判据数值相同。

89、这样通过逐步调整动态模型中桥臂的电阻值、电抗值和电容值，以使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，实现了对模型参数的精细调整，提高了模型与实际系统的匹配度。且通过逐步调整动态模型中桥臂的电阻值、电抗值和电容值，以使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，实现了对模型参数的精细调整，提高了模型与实际系统的匹配度。进一步地，通过实时检测并调整动态模型内元器件的数值，确保模型与实际系统数据的一致性，有助于及时发现并纠正模型与实际系统之间的差异，保持模型的准确性。同时通过使柔性直流输电系统和动态模型的各相似判据数值相同，可以提高模型的可信度。