CN114117983A - 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型 - Google Patents

单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型 Download PDF

Info

Publication number
CN114117983A
CN114117983A CN202111435799.3A CN202111435799A CN114117983A CN 114117983 A CN114117983 A CN 114117983A CN 202111435799 A CN202111435799 A CN 202111435799A CN 114117983 A CN114117983 A CN 114117983A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equivalent
power flow
distributed power
flow controller
series
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111435799.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114117983B (zh
Inventor
周路遥
周晨
孟祥瑞
卢铁兵
宋金根
邵先军
徐华
陈骞
赵琳
周象贤
金涌涛
王振国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Original Assignee
North China Electric Power University
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University, Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202111435799.3A priority Critical patent/CN114117983B/zh
Publication of CN114117983A publication Critical patent/CN114117983A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114117983B publication Critical patent/CN114117983B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型。目前，分布式潮流控制器串联数目较多时使用详细模型，存在电磁暂态仿真时间较长的问题。本发明的等效仿真模型包括避雷器、等效电阻Req、等效电压源ueq以及等效电感Leq，所述的等效电阻Req、等效电压源ueq和等效电感Leq串联，然后与避雷器并联；所述等效电阻Req和等效电压源ueq的大小计算采用戴维南等效电路方法，避雷器的参数选取时假定串联分布式潮流控制器电压均衡。本发明大大降低每一相串联分布式潮流控制器单元的节点数，在保证仿真精度的同时显著提高了仿真速度。

Description

单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型
技术领域
本发明属于分布式潮流控制器领域，涉及一种单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型。
背景技术
现代电网的运行特性日趋复杂，特别是大容量电源分层接入电网后的潮流控制与新能源灵活消纳问题日益突出，电网运行过程中潮流波动大、分布不均衡现象严重，造成重要及关键供电断面限额偏低，成为电网供电能力制约的瓶颈，同时也造成电网资产运行效率低下；同时由于土地资源稀缺，新建输电线路通道难度增大，并且传统的潮流控制手段包括改变运行方式、调节发电机出力、调节负荷等手段，其控制潮流的精准性、快速性和灵活性不足，作用十分有限，所以需要一种全新的、灵活的潮流控制手段。
分布式潮流控制器(DPFC)作为一种新型的柔性潮流控制装置被提出，其具有优化电网潮流分布、提高潮流输送能力的作用。而无串联变压器型分布式潮流控制器采用多个模块级联的方式直接串入线路，通过向线路中注入幅值可调、相角与线路电流近似垂直的电压分量，达到改变线路等效阻抗的目的，实现线路的有功潮流控制。
分布式潮流控制器与统一潮流控制器(UPFC)有很多不同之处，一是省去了统一潮流控制器并联侧静止同步补偿器(STATCOM)部分，二是采用无串联变压器形式、将模块直接串入线路，具有轻型化、占地小、低成本、高可靠性、高扩展性、布置灵活等优势。分布式潮流控制器可应用于输电网，也可分布式地安装于变电站内，具有***运行优化、均衡优化潮流分布、限制潮流断面过载、抑制功率振荡和次同步谐振的功能。
作为一种新型的柔性潮流控制装置，分布式潮流控制器接入电网后的电磁暂态特性尚不清楚，工程上也需要仿真分析分布式潮流控制器在各类故障下的过电压水平，进而进行绝缘配合。
目前，仿真分析分布式潮流控制器接入电网后的电磁暂态特性往往使用其详细的电路模型，但在输电线路串联的分布式潮流控制器数目较多时，使用详细模型分析分布式潮流控制器的电磁暂态特性和过电压水平会耗费大量的仿真时间，降低计算的效率。
发明内容
为解决分布式潮流控制器串联数目较多时使用详细模型电磁暂态仿真时间较长的技术问题，本发明提供一种适用于过电压分析的单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其在保证仿真精度的同时可以大大提高仿真的效率。
本发明采用如下的技术方案：单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其包括避雷器、等效电阻Req、等效电压源ueq以及等效电感Leq，所述的等效电阻Req、等效电压源ueq和等效电感Leq串联，然后与避雷器并联；
所述等效电阻Req和等效电压源ueq的大小计算采用戴维南等效电路方法，避雷器的参数选取时假定串联分布式潮流控制器电压均衡。
进一步地，当分布式潮流控制器单元中电压源控制器的结构由4个IGBT与反并联二极管组成时，两两串联再并联在一电容的两端；所述电压源控制器端口电压和电流分别为uSM和iSM，电容值为C，电容电压为uC，流过电容的电流为iC；
将4个IGBT用4个时变电阻R1、R2、R3和R4表示，IGBT导通时电阻值取1mΩ，IGBT关断时电阻取1MΩ，将电容离散为电阻RC和电压源uC的串联，电阻RC和电压源uC的计算如式(1)-(2)所示：
RC＝Δt/2C (1)
uC(t)＝RCiC(t)+uC(t-Δt) (2)
其中，Δt为仿真步长，t表示仿真时刻；
分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路包括单个等效电阻RSM和与其串联的单个等效电压源uSM，其中，单个等效电阻RSM和单个等效电压源uSM的计算公式为式(3)-(4)；
Figure BDA0003381708910000021
Figure BDA0003381708910000022
将单相输电线路上所有分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路串联，得到单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其等效电阻Req和等效电压源ueq的计算公式如式(5)-(6)所示：
Figure BDA0003381708910000023
Figure BDA0003381708910000024
其中，i和N分别代表单相输电线路上串联分布式潮流控制器单元的序号和个数。
更进一步地，假定单相线路上串联的分布式潮流控制器单元电压分布均衡，将单相线路上分布式潮流控制器单元的桥臂电感串联后得到等效仿真模型中的等效电感Leq。
再进一步地，由于每个分布式潮流控制器单元端口都并联V-I特性相同的避雷器，因此等效仿真模型中避雷器的参数在分布式潮流控制器单元避雷器参数的基础上进行修正，即相同电流下等效仿真模型的避雷器端口电压值取分布式潮流控制器单元避雷器端口电压的N倍。
进一步地，采用数值积分法将电容离散为电阻RC和电压源uC的串联。
更进一步地，所述的数值积分法为梯形积分法或后退欧拉法。
本发明具有的有益效果如下：相较于使用分布式潮流控制器单元的详细模型进行电磁暂态仿真，本发明利用戴维南等效电路的方法将单相输电线路上串联的分布式潮流控制器单元等效为电压源、串联电阻电感和并联MOV的端口等效电路，大大降低每一相串联分布式潮流控制器单元的节点数，在保证仿真精度的同时显著提高了仿真速度。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中分布式潮流控制器单元主电路的拓扑结构图；
图2为本发明具体实施方式中单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型结构图；
图3为本发明具体实施方式中分布式潮流控制器单元的戴维南等效过程图；
图3(a)为本发明分布式潮流控制器单元中电压源控制器的结构图；图3(b)为本发明分布式潮流控制器单元中电压源控制器的等效模型结构图；图3(c)为本发明分布式潮流控制器单元中电压源控制器的等效电路图；图3(d)为本发明分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，分布式潮流控制器单元由电压源控制器VSC、滤波器、旁路开关BPS以及避雷器MOV组成。电压源换流器VSC工作于无功输出状态，各子单元控制目标是向输电线路注入一个与线路电流垂直的电压，使其呈现电感/电容特性而改变线路的阻抗，从而实现对线路输送的有功和无功功率的调节。
单相输电线路中会串入多个分布式潮流控制器单元，本发明提出的单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型如图2所示。分布式潮流控制器等效仿真模型包含避雷器MOV、等效电阻Req、等效电压源ueq以及等效电感Leq，所述的等效电阻Req、等效电压源ueq和等效电感Leq串联，然后与避雷器并联；其中等效电阻Req和等效电压源ueq的大小计算使用戴维南等效电路的方法，避雷器参数的选取使用串联分布式潮流控制器单元电压均衡的假设。
以一个分布式潮流控制器单元中的电压源控制器为例说明戴维南等效电路的计算过程。分布式潮流控制器单元中电压源控制器VSC的结构由4个IGBT(g1-g4)与反并联二极管组成，两两串联再并联在一电容的两端，如图3(a)所示；所述电压源控制器端口电压和电流分别为uSM和iSM，电容值为C，电容电压为uC，流过电容的电流为iC。
在图3(b)所示的等效模型中，将4个IGBT(g1-g4)分别用4个时变电阻R1、R2、R3和R4表示，IGBT导通时电阻值很小(取1mΩ)，IGBT关断时电阻很大(取1MΩ)，采用数值积分法(梯形积分法或后退欧拉法)将电容离散为电阻RC和电压源uC的串联，电阻RC和电压源uC的计算如式(1)-(2)所示：
RC＝Δt/2C (1)
uC(t)＝RCiC(t)+uC(t-Δt) (2)
其中，Δt为仿真步长，t表示仿真时刻，等效电路如图3(c)所示。
由如图3(c)可以求得分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路，如图3(d)所示，其包括单个等效电阻RSM和与其串联的单个等效电压源uSM，其中，单个等效电阻RSM和单个等效电压源uSM的计算公式为式(3)-(4)。
Figure BDA0003381708910000041
Figure BDA0003381708910000042
将单相输电线路上所有分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路串联，得到单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，如图2所示，其等效电阻Req和等效电压源ueq的计算公式如式(5)-(6)所示：
Figure BDA0003381708910000043
Figure BDA0003381708910000044
其中，i和N分别代表单相输电线路上串联分布式潮流控制器单元的序号和个数。
假定单相线路上串联的分布式潮流控制器单元电压分布均衡，将单相线路上分布式潮流控制器单元的桥臂电感串联后得到等效仿真模型中的等效电感Leq。由于每个分布式潮流控制器单元端口都并联V-I特性相同的避雷器，因此等效仿真模型中避雷器的参数在分布式潮流控制器单元避雷器参数的基础上进行修正，即相同电流下等效仿真模型的避雷器端口电压值取分布式潮流控制器单元避雷器端口电压的N倍。
根据以上等效过程可以得到单相输电线路串联分布式潮流控制器单元等效仿真模型，如图2所示。
相较于使用分布式潮流控制器单元的详细模型进行电磁暂态仿真，使用本发明提出的分布式潮流控制器等效仿真模型可以大大提高仿真的效率。以输电线路单相串联9个分布式潮流控制器单元为例，建立分布式潮流控制器的电磁暂态仿真模型，仿真时长设置为2s，仿真步长设置为20μs。当使用分布式潮流控制器的详细模型进行仿真时，一次仿真所消耗的时间为327.46s；当使用本发明提出的分布式流控制器等效模型进行仿真时，一次仿真所消耗的时间为4.25s，加速比为77。
对于分布式潮流控制器单元的详细模型而言，是根据分布式潮流控制器的完整结构所建立的，每个单元包含了大量的电气节点，在单元数量较多时大大降低了仿真的速度。本发明中利用戴维南等效的方法将单相输电线路上串联的分布式潮流控制器单元等效为电压源、串联电阻电感和并联避雷器MOV的端口等效电路，将每一相串联分布式潮流控制器单元的节点数大大降低，显著提高了等效仿真模型的仿真速度。本质上讲这种模型将仿真软件中的电路运算替换为用户自己编程实现，达到了提高仿真速度的目的，因此理论上这种等效方法仅存在电容离散与电路等效时较小的数值误差。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限值本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，包括避雷器、等效电阻Req、等效电压源ueq以及等效电感Leq，所述的等效电阻Req、等效电压源ueq和等效电感Leq串联，然后与避雷器并联；
所述等效电阻Req和等效电压源ueq的大小计算采用戴维南等效电路方法，避雷器的参数选取时假定串联分布式潮流控制器电压均衡。
2.根据权利要求1所述的单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，当分布式潮流控制器单元中电压源控制器的结构由4个IGBT与反并联二极管组成时，两两串联再并联在一电容的两端；所述电压源控制器端口电压和电流分别为uSM和iSM，电容值为C，电容电压为uC，流过电容的电流为iC；
将4个IGBT用4个时变电阻R1、R2、R3和R4表示，IGBT导通时电阻值取1mΩ，IGBT关断时电阻取1MΩ，将电容离散为电阻RC和电压源uC的串联，电阻RC和电压源uC的计算如式(1)-(2)所示：
RC＝Δt/2C (1)
uC(t)＝RCiC(t)+uC(t-Δt) (2)
其中，Δt为仿真步长，t表示仿真时刻；
分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路包括单个等效电阻RSM和与其串联的单个等效电压源uSM，其中，单个等效电阻RSM和单个等效电压源uSM的计算公式为式(3)-(4)；
Figure FDA0003381708900000011
Figure FDA0003381708900000012
将单相输电线路上所有分布式潮流控制器单元中电压源控制器的戴维南等效电路串联，得到单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型，其等效电阻Req和等效电压源ueq的计算公式如式(5)-(6)所示：
Figure FDA0003381708900000013
Figure FDA0003381708900000014
其中，i和N分别代表单相输电线路上串联分布式潮流控制器单元的序号和个数。
3.根据权利要求2所述的单相串联分布式分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，假定单相线路上串联的分布式潮流控制器单元电压分布均衡，将单相线路上分布式潮流控制器单元的桥臂电感串联后得到等效仿真模型中的等效电感Leq。
4.根据权利要求3所述的单相串联分布式分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，由于每个分布式潮流控制器单元端口都并联V-I特性相同的避雷器，因此等效仿真模型中避雷器的参数在分布式潮流控制器单元避雷器参数的基础上进行修正，即相同电流下等效仿真模型的避雷器端口电压值取分布式潮流控制器单元避雷器端口电压的N倍。
5.根据权利要求2所述的单相串联分布式分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，采用数值积分法将电容离散为电阻RC和电压源uC的串联。
6.根据权利要求5所述的单相串联分布式分布式潮流控制器的等效仿真模型，其特征在于，所述的数值积分法为梯形积分法或后退欧拉法。
CN202111435799.3A 2021-11-29 2021-11-29 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型 Active CN114117983B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111435799.3A CN114117983B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111435799.3A CN114117983B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114117983A true CN114117983A (zh) 2022-03-01
CN114117983B CN114117983B (zh) 2023-07-07

Family

ID=80367691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111435799.3A Active CN114117983B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114117983B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104319765A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 国家电网公司 一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法
US20150048807A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-19 Infineon Technologies Austria Ag Power Factor Correction Circuit and Method
CN106711943A (zh) * 2016-12-26 2017-05-24 中电普瑞科技有限公司 一种分布式串联耦合潮流控制器的保护装置及方法
CN107425526A (zh) * 2017-06-12 2017-12-01 武汉理工大学 分布式潮流控制器单相等效仿真方法
CN113541148A (zh) * 2021-06-30 2021-10-22 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式直流潮流控制器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150048807A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-19 Infineon Technologies Austria Ag Power Factor Correction Circuit and Method
CN104319765A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 国家电网公司 一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法
CN106711943A (zh) * 2016-12-26 2017-05-24 中电普瑞科技有限公司 一种分布式串联耦合潮流控制器的保护装置及方法
CN107425526A (zh) * 2017-06-12 2017-12-01 武汉理工大学 分布式潮流控制器单相等效仿真方法
CN113541148A (zh) * 2021-06-30 2021-10-22 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种分布式直流潮流控制器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN QIAN 等: "The application of Distributed Power Flow Controller in Gan Quan–Xiang Fu 220 kV AC lines in Hu Zhou", 《ENERGY REPORTS》, vol. 7, pages 210 - 215 *
周亚娟 等: "一种分布式串联耦合型潮流控制器的设计", 《智能电网》, vol. 3, no. 1, pages 55 - 59 *
周路遥 等: "分布式潮流控制器的工程应用综述", 《浙江电力》, vol. 39, no. 9, pages 8 - 13 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114117983B (zh) 2023-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106649927B (zh) 一种基于fpga的电力电子元件实时仿真组合建模方法
CN111245002A (zh) 基于mmc的双极柔性直流电网短路和接地故障电流预测方法
CN103269069A (zh) 一种低压输电***网络重构的方法
CN105260516A (zh) 一种含开关特性子网络的电磁暂态仿真方法
CN110224385A (zh) 一种主动配电网中超导故障限流器的优化配置方法
CN103487698A (zh) 一种分布式电源接入配电网的故障分析方法
CN108897908B (zh) 一种含均压控制功能的mmc实时仿真建模方法
CN108539795B (zh) 考虑电流载荷不确定性的柔性多状态开关可靠性建模方法
CN107257205B (zh) 一种mmc功率模块非线性特征仿真模型
CN105305392A (zh) 适用于含电压控型iidg配电网的短路计算对称分量法
CN114117983B (zh) 单相串联分布式潮流控制器的等效仿真模型
Li et al. Influence of the transient process of TCSC and MOV on power system stability
CN110309565A (zh) 一种基于树形层级划分结构维护电网计算数据的方法及***
CN107994581B (zh) 一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法
US20220366115A1 (en) General decoupling method and system for electromagnetic transient simulation of voltage source converter
CN106026116A (zh) 无功补偿快速平滑调节方法
CN110427660A (zh) 一种高压直流断路器仿真方法
CN112670992B (zh) 含能量路由器的配电网稳定性分析和失稳校正方法及***
CN112464604B (zh) 一种多变流器集中并网***高效仿真方法
CN111898282B (zh) 一种改进的模块化多电平换流器戴维南等效建模方法
Ramesh et al. Power transfer capability & reliability improvement in a transmission line using distributed power-flow controller
CN110059346A (zh) 一种可控串联补偿装置的电磁暂态快速仿真方法
CN111008479A (zh) 基于adpss自定义模型的分布式潮流控制器的闭环仿真方法及***
CN202818079U (zh) 变流器的电流均衡装置和变流器
CN112510758B (zh) 一种微电网假负载***

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant