基于接口等值与交互的含电力电子设备的混合仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于接口等值与交互的含电力电子设备的混合仿真方法，属于电 力系统数字仿真技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统中新型的响应快速的大容量装置广泛投运，特别是多回常规高压直 流输电工程和柔性高压直流工程投运，加之诸多大容量电力电子装置在电网投运，电力系 统中电磁暂态过程和机电暂态过程紧密禪合。单纯进行电磁暂态仿真，则规模受限，电网大 部分需要做等值简化；而若单纯进行机电暂态仿真，则局部电网或设备、装置的详细电磁暂 态行为特性不能准确模拟。对此，电磁暂态/机电暂态混合仿真技术将被仿真电网分割为 两部分，分别采用电磁和机电暂态仿真进行模拟，并将二者有机接口，实现了大电网电磁暂 态和机电暂态过程的统一考虑，在一次仿真中对二者同时进行模拟。
[0003] 目前电磁暂态/机电暂态混合仿真技术均采用非迭代的并行交互时序或串行交 互时序，存在固有交互误差，难W有效消除。混合仿真电磁暂态侧含有大容量电力电子设 备或高压直流系统，在机电暂态侧计算中难W建立普遍适应诸多工况且精确的接口等效模 型。此外，在混合仿真接口附近的=相不对称故障扰动或电网非对称运行情况下，在接口位 置电磁暂态侧注入机电暂态侧子网的=序基波功率或=序基波电流的提取计算同样是难 题。
[0004] 在已有的商业电力系统仿真软件、仿真器中，上述难题仍未完全解决，导致了混合 仿真不能适应大电网各种工况和多种需求仿真的需要。如交互误差和接口等值模型误差， 会导致电磁暂态侧电力电子设备、高压直流输电系统和机电暂态侧交流大电网的暂态行为 特性模拟失真，对大容量电力电子设备、高压直流输电系统接入弱交流系统情况的仿真模 拟，甚至造成稳定极限显著偏离实际。接口S序基波分量提取不准确，则会导致混合仿真对 接口附近交流系统=相不对称工况或不对称故障扰动情况下系统行为特性模拟的失真，甚 至导致混合仿真对上述过程的仿真计算失效。
[0005] 然而，随着混合仿真技术逐渐实用化，在电网生产运行、工程建设和科研课题研究 中逐渐应用，人们对混合仿真的准确可信性和广泛适应性提出了更高的要求。混合仿真接 口模型在上述问题中是关键，准确的接口模型，直接避免了等值误差，准确且外推性好的接 口模型，配合相应的接口交互方法，则能够解决交互误差问题。混合仿真接口模型的选择 较为灵活多样，可通过模型结构设计和接口量选取，避免混合仿真接口过程中繁琐的瞬时 量向=相基波相量、=序基波相量转化。因此，有必要针对电力行业对混合仿真功能和性能 的需求，从混合仿真两侧系统接口技术的核屯、一-接口等值模型出发，提出电磁暂态、机电 暂态两侧计算中对侧在分网接口处的等值模型、建模方法及相应的混合仿真中接口交互方 法，克服传统混合仿真技术在含大容量电力电子设备的大规模电力系统应用中的局限，提 高混合仿真技术的准确性和适应性，促进混合仿真技术的实用和工程应用。
[0006] 考虑到实际运行电网中鲜有较高频率谐振问题，且在大规模电网系统级问题的仿 真分析研究中，实际大容量电力电子装置、高压直流输电线路接入交流系统，已采用滤波器 滤除注入交流系统的较高频率特征谐波。在故障暂稳计算中，更关注的是低频段巧OOHzW 下）机电暂态侧交流网端口电气特性和电磁暂态侧变流器非特征谐波产生情况。因而，在 本发明中，机电暂态侧子网采用低频段电气特性等效接口电源等值建模。该接口电源将基 波内电压与低频段频率特性等效相结合，能满足大容量电力电子设备、高压直流输电线路 接入大电网混合仿真准确性的要求，相比已有的宽频等值方法，无需大量参数拟合，且等效 接口电源的阻抗形式对交流电网拓扑变化并不敏感，是一种非常实用的接口等值方法。
[0007] 传统的混合仿真中，大容量电力电子装置、高压直流输电线路在机电暂态侧计算 中等值为功率源或电流源，在一个步长内，等值功率或等值电流恒定不变，不能描述电磁暂 态侧子系统在端口的响应特性，特别是故障大扰动情况下，等值模型带来的误差更突出。
【发明内容】
[000引本发明的目的是一种基于接口等值与交互的含电力电子设备的混合仿真方法，针 对电力行业对混合仿真准确性和适应性的需要，建立含有大容量电力电子设备（含高压直 流输电系统）的大规模电力系统电磁暂态/机电暂态混合接口等值模型，并在在混合仿真 中进行接口交互，W扩大混合仿真方法的适用范围。
[0009] 本发明提出的基于接口等值与交互的含电力电子设备的混合仿真方法，包括W下 步骤：
[0010] (1)在电力系统的电力电子设备或高压直流输电线路换流站的换流变压器系统侧 交流母线处，将混合仿真中的电力系统网络分割为电磁暂态侧子网和机电暂态侧子网，使 电磁暂态侧子网包括电力电子设备、高压直流输电线路换流站、直流线路、交流滤波器和换 流变压器，机电暂态侧子网包括交流电网；
[0011] (2)对混合仿真系统进行初始化，包括：设定电磁暂态侧子网和机电暂态侧子网 进行并行交互时的交互步长分别为第一交互步长和第二交互步长，第一交互步长为第二交 互步长的整数倍，设定机电暂态侧子网向电磁暂态侧子网发送的初始化数据，包括电磁暂 态侧子网和机电暂态侧子网的分网接口处母线电压的正序值、负序值和零序值tJl;。，其中 母线电压正序值取电力系统电压基准值，母线电压负序和零序值分别取0 ;
[0012] (3)建立一个用于电磁暂态侧子网仿真的与机电暂态侧子网低频段电气特性等效 的电源模型，具体步骤如下：
[0013] (3-1)对分网接口处母线电压的正序值、负序值和零序值的=序基波分量电压值 巧;。进行线性变换，得到分网接口处母线电压的=相基波分量电压值，并根据电力系统的 基波频率，将该=相基波分量电压值转化为=相瞬时电压Ugb。；
[0014] (3-2)建立一个可控的S相瞬时理想电压源，使S相瞬时理想电压源的S相电压 瞬时值为步骤（3-1)的S相瞬时电压IU。；
[0015] (3-3)根据机电暂态侧子网与电磁暂态侧子网分网接口处，机电暂态侧子网在 0~500化频率范围内的谐振状态，建立一个机电暂态侧子网在电磁暂态侧子网的等值内 阻电路，具体过程如下；若机电暂态侧子网在0~500化频率范围内无谐振点，则建立第一 接口等值内阻电路，该第一接口等值内阻电路包括第一电阻Ri、第二电阻R2和第一电感L1， 其中，所述的第一电阻Ri和第一电感L1串联，所述的第二电阻R2和第一电感L1并联，采用 最小二乘法，对实际测量得到的分网接口处0~500化端口的阻抗-频率特性曲线进行拟 合，得到第一电阻Ri、第二电阻R2和第一电感L1;若机电暂态侧子网在0~500化频率范围 内存在并联谐振点，则建立第二接口等值内阻电路，第二接口等值内阻电路包括第S电阻 Rs、第四电阻R4、第二电感L2和第一电容〇1，第；电阻Rs和第二电感L2串联，第四电阻R4、 第一电容Cl和第二电感L2并联，采用最小二乘法，对实测的分网接口处0~500化端口的 阻抗-频率特性曲线进行拟合，得到第；电阻Rs、第四电阻R4、第二电感L2和第一电容C1;
[0016] 若机电暂态侧子网在0~500化频率范围内存在串联谐振点，则建立第S接口等 值内阻电路，该第S接口等值内阻电路包括第五电阻咕、第六电阻Re、第S电感