申请/专利权人：东北电力大学;国网吉林省电力有限公司电力科学研究院

申请日：2020-07-10

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN111985066A

主分类号：G06F30/18(20200101)

分类号：G06F30/18(20200101);G06F30/20(20200101);G06F30/367(20200101);H02J1/08(20060101);H02M3/335(20060101);G06F113/04(20200101)

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2020.12.11#实质审查的生效;2020.11.24#公开

摘要：一种适用于多电压等级直流配电系统的平均动态相量模型，属于电力系统建模与稳定性分析技术领域。本发明的目的是能够准确匹配直流配电系统中占主要成分的直流电压和电流，应用于大规模系统的稳定性分析，也可通过电流重构精确表示换流器内部交流电流，适用于元件内部电流应力分析等场景的适用于多电压等级直流配电系统的平均动态相量模型。本发明以基于PI控制的采用单移相调制策略的直流变压器为基础，生成其原始数学模型，计算各变量的动态相量，直流变压器平均动态相量模型的状态空间方程组，系统级全局模型以多个直流变压器模型通过直流线路互联构建，为得到小信号模型，可以将各变量写成稳态值与小信号的和。本发明具有科学合理，实用性强，可靠性高，简洁准确的优点。

主权项：1.一种适用于多电压等级直流配电系统的平均动态相量模型，其特征在于：其步骤是：步骤一：以基于PI控制的采用单移相调制策略的直流变压器为基础，生成其原始数学模型：u1和u2分别为直流变压器输入输出电压，i1和i2分别表示直流变压器输入输出电流；C1和C2分别为直流变压器一、二次侧电容；内部高频变压器一次侧绕组电流为it，漏感为Lt，绕组电阻为Rt，变比是n:1；s1、s2分别表示DAB一、二次侧全桥的开关函数，一次侧全桥逆变输出电压为vp，二次侧全桥逆变输出电压折算到一次侧为vs，表示二次侧直流母线电压参考值；kp和ki和分别为PI控制器的比例积分参数，γu为PI控制积分项；通过控制vp和vs间移相占空比d来实现传输功率大小和方向的变化，则一、二次侧全桥的开关函数可以表示为： 式中：T＝12πfs表示开关周期，fs为开关频率，全桥逆变输出电压可表示成vp＝u1s1，vs＝nu2s2，则开环系统的状态空间方程为： 控制系统的模型表示为： 步骤二：各变量的动态相量：对于系统的某一非正弦周期时域信号zt，展开为傅里叶级数的形式： 式中：ωs＝2πfs，fs为换流器开关频率；角括号项zkt即动态相量，表示该时域信号的第k次谐波，数值上等于其在开关周期T内的滑动平均值，有： 动态相量的微分、乘积和共轭分别为： 只保留直流分量和一次动态相量，则zt表示为： 式中：分别为一次动态相量的实部和虚部部分；z0t表示直流分量；稳态运行状态下，CLV→∞，从式3得到，its2-i2＝0，将直流变压器输出电流iLV进行傅里叶级数展开表示为： 只考虑直流分量k＝0，得到： 开关函数s2的动态相量为： 忽略高次动态相量，为保证i20数值上保持不变，误差修正后可用等效移相占空比代替d： 动态相量的直流分量it0＝0；假设：uiR＝uiI＝iiR＝iiI＝0,i＝1,212；步骤三：直流变压器平均动态相量模型的状态空间方程组为： 式中：·0、·R和·I分别表示变量的直流分量、一次动态向量的实部和虚部部分；实际的移相占空比d为控制器的输出信号： 等效移相占空比的修正方程为： 式中：θ＝πRt2Xt，其中Xt＝ωsLt表示变压器漏抗；则以平均动态相量模型表示的单个直流变压器的大信号模型为： 在开关函数动态相量建模的基础上，通过重构完整的傅里叶级数来获得变压器电流更准确的表达式；变压器电流的微分方程为： 将全桥输出电压展开成傅里叶级数： 全桥输出电压只含奇次谐波，因此系数为： 对于任意k，将式17进行拉普拉斯变换得到： 式中：通过部分分式展开将式20进行拉普拉斯反变换，得到： 忽略式21中的衰减项，因此其完整表达式为： 步骤四：系统级全局模型以多个直流变压器模型通过直流线路互联构建：u0、i0分别表示等效直流源的电压和电流，Lij、Rij分别表示节点i和j间i＜j直流线路的等效电感和电阻；第m个直流变压器的相关参数以上角标m表示，节点i、j间线路电流表示为： 式中：分别表示节点i、j电压的直流分量；当直流变压器m输出端与节点n相连时，输出电压与节点电压等值，即其输出电流为： 同理，当直流变压器m输入端与节点n相连时，有其输入电流为： 由此，全局系统平均动态相量大信号模型表示为： 式中：xmm＝1,2…M，um分别为第m个直流变压器的状态相量、代数状态变量及输入相量；系统的输入相量为： 步骤五：为得到小信号模型，将各变量写成稳态值与小信号的和： 将fS·泰勒展开到一阶，则有： 在稳态条件下，则： 同理，将gS·泰勒展开到一阶，并考虑0＝gSXS,DS,US有： 关于的表达式重新写成： 将式32代入式30得到，全局小信号模型为： 式中的偏导矩阵具有如下形式： 1偏导矩阵中各子阵分别为：①子阵②子阵的列向量和子阵的行向量为 假设直流变压器m的输入端和输出端节点分别为p和q，则式中各元素通式为： ③子阵为对角阵，其对角元素为2偏导矩阵中子阵 3偏导矩阵中各子阵为：①式中各元素为： ②子阵4偏导矩阵只含有对角元素通过更新相应的矩阵块元素，应用于含其他调制策略换流器的直流配电系统。

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