一种换流阀元器件的宽频模型建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种换流阀元器件的宽频模型建模方法，属于高压直流输电领域。
【背景技术】
[0002] 高压直流输电技术在远距离、大容量输电及跨区域联网工程方面发挥了重要作 用。换流阀是高压直流输电系统的核心设备，由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均 压电阻、饱和电抗器等元器件组成。高压直流输电系统在运行时，换流阀元器件要承受来 自交直流系统的过电压，这些过电压主要包括直流电压、工频交流电压及各类冲击电压；此 外，由于晶闸管周期性的导通和关断，其产生的电磁干扰可能会影响换流站内二次设备的 正常工作。为了更加深入了解换流阀的特性，需要建立相应的换流阀元器件宽频模型，便 于在各类电压形式，尤其是速变型电压下，对换流阀的过电压、电磁干扰等电气特性进行分 析，从而提出有效的防护措施。其中，一种换流阀元器件的宽频模型是基于RLC串并联电 路建立的，由于目前对RLC参数优化的效果不够理想，导致换流阀器件宽频模型的整体精 度较低，进而造成模型仿真结果与实际换流阀器件的运行偏差较大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种换流阀元器件的宽频模型建 模方法，解决了所建立的换流阀元器件宽频模型准确性低，与实际工况偏差较大的问题。
[0004] 本发明是通过如下方案予以实现的：
[0005] -种换流阀元器件的宽频模型建模方法，步骤如下：
[0006] 步骤1)，建立换流阀基于RLC元器件串并联的宽频模型；
[0007] 步骤2)，结合换流阀元器件的实际阻抗频率特性，利用粒子群算法对所建立的宽 频模型RLC参数进行优化，使宽频模型的阻抗频率特性和换流阀元器件的实际阻抗频率特 性相符。
[0008] 进一步的，步骤2)所述的宽频模型的阻抗频率特性表达式如下：
[0009]
[0010] 其中，R，L，C分别表示所建立的宽频模型的中的电阻、电感和电容值；f表示测得 的频率值；Z(f)表示阻抗频率特性值。
[0011] 进一步的，步骤2)所述的粒子群算法中，根据所述宽频模型的阻抗频率特性中的 两个特征量幅值和相位，设置粒子群算法的目标函数，该目标函数表达式如下：
[0012]
[0013] 其中，N表示元器件实际测量频率点的个数；fn表示第η个测量频率点对应的频率 值；|zn|和θη分别表示。时测量得到的元器件阻抗幅值和相位角；|z(fn)I和θ(fn)分别 表示fn时宽频模型的阻抗幅值和相位角；wnl和wn2分别表示阻抗特性中幅值和相位偏差所 占的权重。
[0014] 本发明和现有技术相比的有益效果是：
[0015] 本发明利用元器件RLC建立换流阀元器件的宽频模型，结合换流阀元器件实际阻 抗频率特性，利用粒子群算法设置目标函数，对RLC参数进行优化，从而得到的宽频模型阻 抗频率特性与实际阻抗频率特性相吻合，提高了所建宽频模型的准确性。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例的换流阀元器件宽频模型建模方法的流程图；
[0017] 图2为本发明实施例的阻尼电容宽频模型示意图；
[0018] 图3为本发明实施例的阻尼电容实际的阻抗频率特性曲线图；
[0019] 图4为本发明实施例的阻尼电容宽频模型的阻抗频率特性曲线与实际的阻抗频 率特性曲线对比图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0021] -种换流阀元器件的宽频模型建模方法，步骤如下：
[0022] 步骤1)，如图2所示，利用RLC元件串并联电路建立换流阀元器件，即阻尼电容的 宽频模型；
[0023] 步骤2)，结合换流阀元器件的实际阻抗频率特性，利用粒子群算法对所建立的宽 频模型RLC参数进行优化，使宽频模型的阻抗频率特性和换流阀元器件的实际阻抗频率特 性相吻合。
[0024] 步骤2)中的阻抗特性表达式如下：
[0025]
CD
[0026] 其中，R，L，C分别表示所建立的宽频模型的中的电阻、电感和电容值；f表示测得 的频率值；Z(f)表示阻抗频率特性值。
[0027] 步骤2)中利用粒子群算法进行参数优化的步骤为：a)构建粒子群算法的目标函 数；b)设置粒子群算法的初始参数，包括粒子维数、粒子个数、迭代次数、粒子位置的上界 和下界数组；c)随机产生初始粒子群体，求解初始粒子群体的个体极值和全局极值；d)计 算粒子飞翔的速度和新的位置，迭代求解，满足终止条件，获得RLC参数最优值。
[0028] a)构建粒子群算法目标函数，函数表达式为：
[0029]
[0030] 其中，N表示元器件实际测量频率点的个数，本实施例中取1600 ;fn为对0~10MHz 进行线性采样的第η个点对应的频率值；|Zn |和θn由阻抗分析仪测量得到，|Zn |和Θ"分 别表示频率为fn时测量得到的元器件阻抗幅值和相位角；Iz(fn)I和Θ(fn)分别表示频率 为fn时构建的宽频模型的阻抗幅值和相位角。
[0031] b)设置粒子群算法的初始参数
[0032] 设置粒子群算法中的粒子维数、粒子个数、迭代次数、粒子位置的上界和下界数 组。构建的宽频模型中有三个变量R、L、C，并对其用十进制数表示。设置粒子维数为3;粒 子个数为50;迭代次数为100;粒子位置的上界和下界为变量的范围。本实例中上界数组设 置为[100, 1000, 1000]，下界数组设置为[0, 0, 0]。
[0033] c)求解个体极值和全局极值
[0034] 随机产生初始粒子群体，将初始粒子群体带入目标函数中，计算初始粒子群体的 目标函数值，选取最小的目标函数值作为初始群体的全局极值。同时，取初始粒子群体的目 标函数值作为粒子群体的个体极值。本实施例中，初始群体全局极值为1. 83,对应位置为 [12. 25, 7. 32, 500. 42] 〇
[0035] d)计算RLC参数最优值
[0036] 计算粒子飞翔的速度和新的位置，迭代求解，满足终止条件，获得RLC参数最优 值。其中，粒子飞翔速度和新的位置计算公式如下：
[0037]v；(t) =wViCt-n+CirandO[pbestJt-n-pJt-nil+CzrandO
[gbest^t-D-p^t-l)]
[0038]Pi(t) =p^t-D+v^t) (3)
[0039] 其中，w为保持原来速度的系数；t为迭代次数a(t-1)为粒子原有速度^(t-l) 为粒子原有位置；rand()为区间[0，1]中的均匀随机数；^为粒子跟踪个体极值的权重系 数；c2为粒子跟踪全局极值的权重系数。
[0040] 粒子飞翔速度和新的位置反映了宽频模型参数R、L、C在当前个体极值位置附近 搜索最优值的速度和范围。本实施例中w设置为0.6,（^和(32都设置为0.5。通过一次迭 代，获得一组新的粒子群体，计算这些粒子的目标函数值并存入数组。对比之前求得的粒子 的目标函数值，取较小的目标函数值作为粒子个体最优值pbesh(t)，其对应的位置作为每 个粒子i所经历的历史最优位置。
[0041] 同时，一次迭代获得一组新的粒子群体的中的最小目标函数值，对比之前找到的 最优位置的目标函数值，取较小的目标函数值作为全局最优值gbesh(t)，其对应的位置作 为整个粒子群经历的最优位置；然后迭代次数t加1，根据粒子速度与位置更新公式更新粒 子速度与位置，得到新一代粒子群X(t)。如此迭代求解，直到t大于迭代次数为止，最终得 到的粒子群的全局最优解gbesh(t)，即为宽频模型RLC参数最优值。
[0042] 本实施例中，全局最优解为0. 0028,对应位置为[14. 35, 478. 42, 4. 4585]。因此， 最终求解的阻尼电容元件的宽频模型参数为R= 14. 35Ω，L= 478. 42nH，C= 4. 4585uF。 如图4所示即为建立的宽频模型的阻抗频率特性和实际的阻抗频率特性的对比曲线，表明 本发明建立的宽频模型的阻抗频率特性和实际的阻抗频率特性相符。
[0043] 本实施例中在利用粒子算法优化RLC参数的过程中，对其初始值及各类参数进行 设置，作为其他实施方式，数值的设置并不是唯一的，应根据实际的需要选取更符合其情况 的参数值。
[0044] 在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施 例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相 同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这 种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种换流阀元器件的宽频模型建模方法，其特征在于，步骤如下： 步骤1)，建立换流阀基于RLC元器件串并联的宽频模型； 步骤2)，结合换流阀元器件的实际阻抗频率特性，利用粒子群算法对所建立的宽频模 型RLC参数进行优化，使宽频模型的阻抗频率特性和换流阀元器件的实际阻抗频率特性相 符。2. 根据权利要求1所述的一种换流阀元器件的宽频模型建模方法，其特征在于，步骤 2)所述的宽频模型的阻抗频率特性表达式如下：其中，R，L，C分别表示所建立的宽频模型的中的电阻、电感和电容值；f表示测得的频 率值；Z(f)表示阻抗频率特性值。3. 根据权利要求1所述的一种换流阀元器件的宽频模型建模方法，其特征在于，步骤 2)所述的粒子群算法中，根据所述宽频模型的阻抗频率特性中的两个特征量幅值和相位， 设置粒子群算法的目标函数，该目标函数表达式如下：其中，N表示元器件实际测量频率点的个数；fn表示第η个测量频率点对应的频率值； Ζη|和θη*别表示fn时测量得到的元器件阻抗幅值和相位角；| Z(fn) |和Θ (fn)分别表 示fn时宽频模型的阻抗幅值和相位角；w nl和w n2分别表示阻抗特性中幅值和相位偏差所占 的权重。
【专利摘要】本发明涉及一种换流阀元器件的宽频模型建模方法，建立基于RLC的换流阀元器件串并联的宽频模型，采用RLC串并联建立换流阀元器件的宽频模型，利用粒子群算法对所建立宽频模型的RLC参数进行优化。本发明使宽频模型的阻抗频率特性和换流阀元器件的实际阻抗频率特性相符，有效的提高了所建宽频模型的准确性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105335557
【申请号】CN201510694623
【发明人】张志刚, 李芳芳, 王宇丁, 齐元瑞, 高仕龙
【申请人】许继电气股份有限公司, 国家电网公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月23日