本技術(shù)涉及機電暫態(tài)仿真，尤其涉及一種電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源發(fā)電、直流輸電、柔性交流輸電等電力電子設(shè)備不斷接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)電力電子化的特點愈發(fā)明顯，系統(tǒng)的形態(tài)、特性、演變規(guī)律發(fā)生本質(zhì)變化。這對電力電子設(shè)備的機電暫態(tài)模型建立與仿真提出了更高的要求。

2、電力電子變流器是新能源、儲能系統(tǒng)并網(wǎng)的重要功率變換設(shè)備，其控制策略與參數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)特性有著顯著影響?，F(xiàn)有的電力電子設(shè)備的機電暫態(tài)模型一般忽略了電流內(nèi)環(huán)控制，并且沒有考慮鎖相環(huán)，模型具有很強的電流源特性。

3、在電力電子設(shè)備大規(guī)模接入電網(wǎng)的背景下，電網(wǎng)強度變?nèi)酰i相環(huán)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響愈發(fā)重要，但是現(xiàn)有的機電暫態(tài)模型不能反映這個特性。與此同時，由于機電暫態(tài)模型過于簡化，仿真的準(zhǔn)確性較低，導(dǎo)致在制定電網(wǎng)運行極限時過于保守，制約新能源送出能力，造成較大的經(jīng)濟損失，降低社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個問題，本技術(shù)提出了一種電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)，能夠提高電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真的準(zhǔn)確性，進而能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供一種電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法，包括：

4、獲取目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)，所述電壓數(shù)據(jù)包括：直流母線電壓、直流母線參考電壓、交流母線電壓參考值以及電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓；

5、應(yīng)用預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型和所述電壓數(shù)據(jù)，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的機電暫態(tài)仿真結(jié)果；

6、其中，所述預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型包括：電流內(nèi)環(huán)控制模塊以及鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊。

7、一個實施例中，所述應(yīng)用預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型和所述電壓數(shù)據(jù)，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的機電暫態(tài)仿真結(jié)果，包括：

8、根據(jù)所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊，確定交流母線電壓、鎖相相角以及變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓；

9、根據(jù)所述直流母線電壓與直流母線參考電壓之間的差值、所述交流母線電壓與交流母線電壓參考值之間的差值、第一比例-積分控制器以及第二比例-積分控制器，得到參考電流；

10、根據(jù)所述參考電流、所述變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊，得到調(diào)制電壓；

11、應(yīng)用所述調(diào)制電壓和所述鎖相相角進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的變流器出口電壓；

12、應(yīng)用所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述變流器出口電壓進行交叉耦合環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)處理，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流作為所述機電暫態(tài)仿真結(jié)果。

13、一個實施例中，所述根據(jù)所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊，確定交流母線電壓、鎖相相角以及變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓，包括：

14、將所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓進行坐標(biāo)變換，得到變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓和d軸并網(wǎng)電壓；

15、將所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓輸入第三比例-積分控制器，得到鎖相角頻率；

16、將所述鎖相角頻率輸入積分控制器，得到所述鎖相相角。

17、一個實施例中，所述參考電流包括：d軸參考電流和q軸參考電流；所述調(diào)制電壓包括：d軸調(diào)制電壓和q軸調(diào)制電壓；所述變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓包括：d軸并網(wǎng)電壓和q軸并網(wǎng)電壓；

18、相對應(yīng)的，所述根據(jù)所述參考電流、所述變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊，得到調(diào)制電壓，包括：

19、將預(yù)設(shè)的初始d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，將預(yù)設(shè)的初始q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，執(zhí)行電流內(nèi)環(huán)控制步驟；

20、所述電流內(nèi)環(huán)控制步驟包括：將d軸參考電流與中間d軸并網(wǎng)電流之間的差值輸入第四比例-積分控制器，得到第一輸出結(jié)果；將q軸參考電流與中間q軸并網(wǎng)電流之間的差值輸入第五比例-積分控制器，得到第二輸出結(jié)果；將所述中間q軸并網(wǎng)電流與連接電抗器的電抗值之間的乘積、所述第一輸出結(jié)果以及所述變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電壓三者的和確定為d軸調(diào)制電壓；將所述中間d軸并網(wǎng)電流與連接電抗器的電抗值之間的乘積、所述第二輸出結(jié)果以及所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓三者的和確定為q軸調(diào)制電壓。

21、一個實施例中，所述并網(wǎng)電流包括：電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；相對應(yīng)的，在所述得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流之后，還包括：

22、將所述并網(wǎng)電流進行坐標(biāo)變換，得到變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；

23、將所述變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，再次執(zhí)行所述電流內(nèi)環(huán)控制步驟。

24、一個實施例中，所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓包括：d軸并網(wǎng)電壓和q軸并網(wǎng)電壓；所述變流器出口電壓包括：d軸變流器出口電壓和q軸變流器出口電壓；所述并網(wǎng)電流包括：電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；

25、所述應(yīng)用所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述變流器出口電壓進行交叉耦合環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)處理，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流，包括：

26、將預(yù)設(shè)的初始d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，將預(yù)設(shè)的初始q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，執(zhí)行一階慣性步驟：

27、所述一階慣性步驟包括：根據(jù)所述中間q軸并網(wǎng)電流、連接電抗器的電抗值、d軸變流器出口電壓以及所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電壓，得到一階慣性環(huán)節(jié)的d軸輸入數(shù)據(jù)；將所述d軸輸入數(shù)據(jù)輸入一階慣性環(huán)節(jié)，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流；根據(jù)所述中間d軸并網(wǎng)電流、連接電抗器的電抗值、q軸變流器出口電壓以及所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓，得到一階慣性環(huán)節(jié)的q軸輸入數(shù)據(jù)；將所述q軸輸入數(shù)據(jù)輸入一階慣性環(huán)節(jié)，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電流。

28、一個實施例中，所述的電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法，還包括：

29、將所述d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，所述q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，再次執(zhí)行所述一階慣性步驟。

30、一個實施例中，所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流是通過將所述電壓數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型得到的輸出結(jié)果與預(yù)設(shè)的變換系數(shù)相乘得到的。

31、第二方面，本技術(shù)提供一種電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，包括：

32、獲取裝置，用于獲取目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)，所述電壓數(shù)據(jù)包括：直流母線電壓、直流母線參考電壓、交流母線電壓參考值以及電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓；

33、仿真裝置，用于應(yīng)用預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型和所述電壓數(shù)據(jù)，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的機電暫態(tài)仿真結(jié)果；

34、其中，所述預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型包括：電流內(nèi)環(huán)控制模塊以及鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊。

35、一個實施例中，所述仿真裝置，包括：

36、確定模塊，用于根據(jù)所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊，確定交流母線電壓、鎖相相角以及變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓；

37、得到參考電流模塊，用于根據(jù)所述直流母線電壓與直流母線參考電壓之間的差值、所述交流母線電壓與交流母線電壓參考值之間的差值、第一比例-積分控制器以及第二比例-積分控制器，得到參考電流；

38、得到調(diào)制電壓模塊，用于根據(jù)所述參考電流、所述變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述電流內(nèi)環(huán)控制模塊，得到調(diào)制電壓；

39、應(yīng)用模塊，用于應(yīng)用所述調(diào)制電壓和所述鎖相相角進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的變流器出口電壓；

40、仿真模塊，用于應(yīng)用所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓以及所述變流器出口電壓進行交叉耦合環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)處理，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流作為所述機電暫態(tài)仿真結(jié)果。

41、一個實施例中，所述確定模塊，包括：

42、第一坐標(biāo)變換單元，用于將所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓進行坐標(biāo)變換，得到變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓和d軸并網(wǎng)電壓；

43、第一輸入單元，用于將所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓輸入第三比例-積分控制器，得到鎖相角頻率；

44、第二輸入單元，用于將所述鎖相角頻率輸入積分控制器，得到所述鎖相相角。

45、一個實施例中，所述參考電流包括：d軸參考電流和q軸參考電流；所述調(diào)制電壓包括：d軸調(diào)制電壓和q軸調(diào)制電壓；所述變流器坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓包括：d軸并網(wǎng)電壓和q軸并網(wǎng)電壓；相對應(yīng)的，所述得到調(diào)制電壓模塊，包括：

46、第一執(zhí)行單元，用于將預(yù)設(shè)的初始d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，將預(yù)設(shè)的初始q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，執(zhí)行電流內(nèi)環(huán)控制步驟；

47、所述電流內(nèi)環(huán)控制步驟包括：將d軸參考電流與中間d軸并網(wǎng)電流之間的差值輸入第四比例-積分控制器，得到第一輸出結(jié)果；將q軸參考電流與中間q軸并網(wǎng)電流之間的差值輸入第五比例-積分控制器，得到第二輸出結(jié)果；將所述中間q軸并網(wǎng)電流與連接電抗器的電抗值之間的乘積、所述第一輸出結(jié)果以及所述變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電壓三者的和確定為d軸調(diào)制電壓；將所述中間d軸并網(wǎng)電流與連接電抗器的電抗值之間的乘積、所述第二輸出結(jié)果以及所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓三者的和確定為q軸調(diào)制電壓。

48、一個實施例中，所述并網(wǎng)電流包括：電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；相對應(yīng)的，所述仿真裝置，還包括：

49、第二坐標(biāo)變換單元，用于將所述并網(wǎng)電流進行坐標(biāo)變換，得到變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；

50、第一再次執(zhí)行單元，用于將所述變流器坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，所述變流器坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，再次執(zhí)行所述電流內(nèi)環(huán)控制步驟。

51、一個實施例中，所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓包括：d軸并網(wǎng)電壓和q軸并網(wǎng)電壓；所述變流器出口電壓包括：d軸變流器出口電壓和q軸變流器出口電壓；所述并網(wǎng)電流包括：電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流和q軸并網(wǎng)電流；

52、所述仿真模塊，包括：

53、第二執(zhí)行單元，用于將預(yù)設(shè)的初始d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，將預(yù)設(shè)的初始q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，執(zhí)行一階慣性步驟：

54、所述一階慣性步驟包括：根據(jù)所述中間q軸并網(wǎng)電流、連接電抗器的電抗值、d軸變流器出口電壓以及所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電壓，得到一階慣性環(huán)節(jié)的d軸輸入數(shù)據(jù)；將所述d軸輸入數(shù)據(jù)輸入一階慣性環(huán)節(jié)，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的d軸并網(wǎng)電流；根據(jù)所述中間d軸并網(wǎng)電流、連接電抗器的電抗值、q軸變流器出口電壓以及所述電網(wǎng)坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電壓，得到一階慣性環(huán)節(jié)的q軸輸入數(shù)據(jù)；將所述q軸輸入數(shù)據(jù)輸入一階慣性環(huán)節(jié)，得到電網(wǎng)坐標(biāo)系下的q軸并網(wǎng)電流。

55、一個實施例中，所述的電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真系統(tǒng)，還包括：

56、第二再次執(zhí)行單元，用于將所述d軸并網(wǎng)電流作為中間d軸并網(wǎng)電流，所述q軸并網(wǎng)電流作為中間q軸并網(wǎng)電流，再次執(zhí)行所述一階慣性步驟。

57、一個實施例中，所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的并網(wǎng)電流是通過將所述電壓數(shù)據(jù)輸入所述預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型得到的輸出結(jié)果與預(yù)設(shè)的變換系數(shù)相乘得到的。

58、第三方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)所述的電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法。

59、第四方面，本技術(shù)提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機指令，所述指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法。

60、由上述技術(shù)方案可知，本技術(shù)提供一種電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真方法及系統(tǒng)。其中，該方法包括：獲取目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)，所述電壓數(shù)據(jù)包括：直流母線電壓、直流母線參考電壓、交流母線電壓參考值以及電網(wǎng)坐標(biāo)系下的并網(wǎng)電壓；應(yīng)用預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型和所述電壓數(shù)據(jù)，得到所述目標(biāo)電力電子變流器對應(yīng)的機電暫態(tài)仿真結(jié)果；其中，所述預(yù)先構(gòu)建的機電暫態(tài)仿真模型包括：電流內(nèi)環(huán)控制模塊以及鎖相環(huán)機電暫態(tài)模塊，能夠提高電力電子變流器的機電暫態(tài)仿真的準(zhǔn)確性，進而能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；具體地，通過對電力電子變流器的機電暫態(tài)模型設(shè)置雙環(huán)控制、鎖相環(huán)和直流電壓動態(tài)等環(huán)節(jié)，能夠反映電網(wǎng)故障過程中，鎖相環(huán)的動態(tài)過程以及相角跳變引發(fā)的直流電壓波動情況。與此同時，模型變量物理意義清晰，參數(shù)選擇明確，能夠大幅提升原模型的仿真精度，彌補原模型無法模擬關(guān)鍵狀態(tài)變量變化過程的缺陷；還能夠避免在制定電網(wǎng)運行極限時過于保守，避免制約新能源送出能力，維護經(jīng)濟利益，提高社會效益。