CN110597085A - 一种静止串联补偿器的仿真模型及分布式集群仿真*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静止串联补偿器的仿真模型及分布式集群仿真***，仿真模型由直流电容、受控电压源和受控电流源表示，受控电压源由占空比d和直流电容电压进行控制，受控电流源由受控电压源的电流和占空比d进行控制，用等效后的DSSC单元模型代替详细模型进行仿真，避免了使用DSSC单元详细模型因使用大量电力电子开关器件进行集群仿真占用大量内存，消耗较长时间的问题；分布式集群仿真***保持了与采用DSSC详细模型进行集群仿真在输出电压电流特性上的高度一致性，为高效快速分析DSSC集群工作特性，分析集中控制器和单元控制器中控制策略的有效性，提供了有效的解决方案。

Description

一种静止串联补偿器的仿真模型及分布式集群仿真***
技术领域
本发明属于电工电气技术领域，具体涉及一种静止串联补偿器的仿真模型及分布式集群仿真***。
背景技术
在复杂的网状电力传输***中，线路潮流分布规律复杂，往往需要配置专门的潮流控制装置对重要线路中的潮流进行控制，以避免某些线路的潮流超过其热容量极限而限制整个网络的传输能力。分布式静止串联补偿器(Distributed Static SeriesCompensator，DSSC)将小容量串联补偿设备通过变压器耦合的方式串联在输电线路上，通过大量分布式单元的协调控制来调节线路阻抗，可实现对线路潮流的灵活连续控制。该控制器体积小、重量轻，所以可以直接挂在输电线路或杆塔上，无须占地安装，是一种实用性很高的新型潮流控制器。
如图1所示，DSSC主回路由单相换流器、直流母线电容C1、LC滤波器、单绕组变压器T以及旁路开关Sm组成。其单绕组变压器T直接以输电线路作为原边绕组，副边绕组匝数一般在原边绕组的10倍以上，甚至上百倍，以降低流经设备自身的电流。其单相换流器通常为全桥变流器。旁路开关Sm包含一个机械开关和一个晶闸管对可控高速旁路开关，在DSSC正常运行时保持断开，在DSSC正常退出运行时或因故障需要旁路换流器时闭合，将换流器旁路。DSSC的工作原理是在所串联的输电线路上注入一个大小和线路电流无关而相位和线路电流相位垂直的电压，改变该电压大小就相当于改变线路的有效阻抗，从而控制***潮流。
因为每个DSSC单元容量都很小，其改变线路阻抗的能力有限，因为对线路潮流的控制能力也有限，需要通过分布在线路中大量的DSSC单元协调配合，实现对指定线路的潮流的控制。因此有必要对DSSC集群工作进行仿真研究，用于分析集群工作特性，为控制策略提供指导。
由于每个DSSC单元中都包含了电力电子开关器件，而电力电子开关器件在仿真模型中往往需要占用较多运算内存，所以当仿真模型中包含大量DSSC单元时，会导致仿真速度严重受限，且对计算机的内存空间要求较高，这将严重限制DSSC集群仿真的效率。因此，如何搭建DSSC的集群仿真模型，解决大量DSSC单元导致占用内存高，仿真效率低的问题，是DSSC推广应用过程中不可避免的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种静止串联补偿器的仿真模型及分布式集群仿真***，可逼真模拟静止串联补偿器的输出特性，可为进行集群仿真节省时间。
一种静止串联补偿器的仿真模型，所述静止串联补偿器包括单相换流器、直流母线电容C1、LC滤波器、单绕组变压器T以及旁路开关sm，所述单相换流器由变流器简化模型进行模拟实现，形成仿真模型；所述变流器简化模型包括包括电流表A1、受控电压源AC、受控电流源DC、电压表V1以及两个乘法器；电流表A1和受控电压源AC串联再LC滤波器电路中；电压表V1和受控电流源DC均并联在直流母线电容C1两端；
两个乘法器中的其中一个乘法器，接收电流表A1输出电流iac和外部输入的占空比d，相乘后用于控制受控电流源DC产生大小等于iac与d乘积的电流值idc；
两个乘法器中的另一个乘法器，接收电压表V1输出的电压值udc，用于控制受控电压源AC产生大小等于电压值udc与d乘积的电压值uac。
一种静止串联补偿器仿真模型的分布式集群仿真***，每条线路上设置多个静止串联补偿器仿真模型，每个静止串联补偿器仿真模型由一个单元控制器；所有的单元控制器由一个集中控制器进行控制；
所述的集中控制器，按照设定的控制目标，通过设定的控制算法进行运算，向单元控制器输出电压指令值；
所述的单元控制器，接收集中控制器的指令，按照设定的控制算法进行运算，向静止串联补偿器仿真模型输出占空比d。
进一步的，还包括集中控制器与每个单元控制器之间分别引入的延时模块，用于模拟集中控制器与单元控制器之间的通讯延时。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种静止串联补偿器的仿真模型，由直流电容、受控电压源和受控电流源表示，受控电压源由占空比d和直流电容电压进行控制，受控电流源由受控电压源的电流和占空比d进行控制，用等效后的DSSC单元模型代替详细模型进行仿真，避免了使用DSSC单元详细模型因使用大量电力电子开关器件进行集群仿真占用大量内存，消耗较长时间的问题；分布式集群仿真***保持了与采用DSSC详细模型进行集群仿真在输出电压电流特性上的高度一致性，为高效快速分析DSSC集群工作特性，分析集中控制器和单元控制器中控制策略的有效性，提供了有效的解决方案。
附图说明
图1是真实的DSSC拓扑结构图；
图2是本发明的DSSC仿真模型电路图；
图3是DSSC集群仿真***示意图；
图4是原有DSSC模型与本发明的仿真模型仿真结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图2所示，本发明简化的单个静止串联补偿器的仿真模型，由变流器简化模型、LC滤波器、旁路开关Sm、直流母线电容C1以及单绕组变压器T组成；其中，与原有静止串联补偿器相比，区别只是采用换流器简化模型模拟原有的单向换流器功能；换流器简化模型包括电流表A1、受控电压源AC、受控电流源DC、电压表V1以及两个乘法器；电流表A1和受控电压源AC串联再LC滤波器电路中；电压表V1和受控电流源DC均并联在直流母线电容C1两端；
两个乘法器中的其中一个乘法器，接收电流表A1输出电流iac和外部输入的占空比d，相乘后用于控制受控电流源DC产生大小等于iac与d乘积的电流值idc；
两个乘法器中的另一个乘法器，接收电压表V1输出的电压值udc，用于控制受控电压源AC产生大小等于电压值udc与d乘积的电压值uac。
本发明所建立的DSSC简化模型与其真实模型输出特性一致，其原理在于，DSSC中的单相换流器通过四个电力电子开关器件的组合实现输出指定的交流输出电压uac，根据电路理论分析可知，其开关管组合的结果满足输出交流电压uac等于直流电压udc与占空比d的乘积，直流电流idc等于输出交流电流iac和占空比d的乘积。当DSSC模型用于验证DSSC集群总体工作特性及其对线路潮流的调节作用时，无须考虑单相换流器内部四个电力电子开关器件自身的电压电流情况，只需要保证模型中单相换流器的交流输出电压、电流和直流电压、电流满足真实物理装置中的关系即可。所以本发明所公开的DSSC简化模型中采用受控电压源和受控电流源的组合代替了四个开关管的组合，设计受控电压源和受控电流源的控制信号，保证简化模型中单相换流器的输出电压、电流也满足“输出交流电压uac等于直流电压udc与占空比d的乘积，直流电流idc等于输出交流电流iac和占空比d的乘积”，就保证了所公开的DSSC简化模型与DSSC详细模型具有相同的外特性。
基于上述简化的单个静止串联补偿器的仿真模型，本发明还提供了一种分布式集群仿真***，如图3所示，每条线路上设置多个静止串联补偿器仿真模型，每个静止串联补偿器仿真模型由一个单元控制器进行控制；所有的单元控制器由一个集中控制器进行控制；
所述的集中控制器，按照设定的控制目标，通过设定的控制算法进行运算，向单元控制器输出电压指令值；其中，集中控制器与每个单元控制器之间分别引入延时模块，用于模拟集中控制器与单元控制器之间的通讯延时；
所述的单元控制器，接收集中控制器的指令，按照设定的控制算法进行运算，向静止串联补偿器仿真模型输出占空比d。
各个静止串联补偿器仿真模型接收到占空比d后，可以对真实的DSSC的功能进行模拟，实现对所在线路潮流的控制。
对于相同的电力网络结构及相同的DSSC集群***，对比采用DSSC单元详细模型进行集群仿真与本方法下的集群仿真结果，每个DSSC单元的交流侧输出电压和直流侧电容电压波形如图4所示，可见详细模型的波形与本方法下的波形重合度非常高，证明本发明提出的集群仿真方法虽然对DSSC单元模型进行了检查，但是仍然能够像详细模型一样准确反映DSSC的输出特性及直流侧电压波动特性。而相同计算机中运行采用DSSC详细模型的集群仿真模型与运行本发明中的集群仿真模型，本发明中的方法用时明显短于前者。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种静止串联补偿器的仿真模型，所述静止串联补偿器包括单相换流器、直流母线电容C1、LC滤波器、单绕组变压器T以及旁路开关sm，其特征在于，所述单相换流器由变流器简化模型进行模拟实现，形成仿真模型；所述变流器简化模型包括包括电流表A1、受控电压源AC、受控电流源DC、电压表V1以及两个乘法器；电流表A1和受控电压源AC串联再LC滤波器电路中；电压表V1和受控电流源DC均并联在直流母线电容C1两端；
两个乘法器中的其中一个乘法器，接收电流表A1输出电流iac和外部输入的占空比d，相乘后用于控制受控电流源DC产生大小等于iac与d乘积的电流值idc；
两个乘法器中的另一个乘法器，接收电压表V1输出的电压值udc，用于控制受控电压源AC产生大小等于电压值udc与d乘积的电压值uac。
2.一种基于如权利要求1所述的静止串联补偿器仿真模型的分布式集群仿真***，其特征在于，每条线路上设置多个静止串联补偿器仿真模型，每个静止串联补偿器仿真模型由一个单元控制器；所有的单元控制器由一个集中控制器进行控制；
所述的集中控制器，按照设定的控制目标，通过设定的控制算法进行运算，向单元控制器输出电压指令值；
所述的单元控制器，接收集中控制器的指令，按照设定的控制算法进行运算，向静止串联补偿器仿真模型输出占空比d。
3.如权利要求2所述的分布式集群仿真***，其特征在于，还包括集中控制器与每个单元控制器之间分别引入的延时模块，用于模拟集中控制器与单元控制器之间的通讯延时。
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