一种柔性直流系统小信号建模方法、系统及存储介质

本发明涉及电力相关，尤其是涉及一种柔性直流系统小信号建模方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、海上风力发电具有清洁环保、资源稳定性强、年利用小时数高等特点，预计到2025年，全国海上风电装机规模将达到3000万千瓦，主要分布在广东、江苏、浙江、福建等省，大规模海上风力发电成为国家能源战略发展的重要方向。传统的交流并网方案已经不能满足大规模海上风电送出的需求，限制了海上风电的大规模开发，借鉴全球风电发展最快的欧洲区域经验，基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)的柔性直流输电技术成为深远海风电送出的首选方案。欧洲已经建设了多项海上风电柔性直流输电工程，但我国目前尚无深远海海上风电工程投入运行，在海上风电柔性直流系统的建模仿真方面缺乏理论支撑和工程经验。

2、海上风电柔性直流并网系统的安全稳定运行依赖其控制策略的可靠设计，因此，建立能够反映系统详细动态过程的小信号模型是实现控制器优化的前提。传统的柔性直流系统小信号模型多没有考虑mmc桥臂变量的详细动态过程，很难保证小信号模型的准确性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种涡环方向控制方法，能够有效反映模块化多电平换流器内部不同电气量之间的关联关系，提高小信号模型的准确性，为海上风电柔性直流并网系统的控制策略设计和稳定运行提供仿真模型基础。

2、本发明还提供了一种柔性直流系统小信号建模系统以及计算机可读存储介质。

3、根据本发明的第一方面实施例的柔性直流系统小信号建模方法，包括以下步骤：

4、基于开关函数模型和基尔霍夫电压定律建立模块化多电平换流器的交流侧电压动态方程；

5、基于开关函数模型建立所述模块化多电平换流器的桥臂分量动态方程，其中，桥臂分量动态方程中的变量包括直流分量、基频分量和二倍频分量；

6、根据所述桥臂分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下桥臂电容电压差模分量，所述桥臂电容电压差模分量包括电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量；

7、对所述桥臂电容电压差模分量进行线性化处理，得到线性化结果；

8、根据所述线性化结果和所述交流侧电压动态方程确定小信号模型。

9、根据本发明实施例的柔性直流系统小信号建模方法，至少具有如下有益效果：

10、首先基于开关函数模型和基尔霍夫电压定律建立模块化多电平换流器的交流侧电压动态方程，并基于开关函数模型建立模块化多电平换流器的桥臂分量动态方程，桥臂分量动态方程中的变量包括直流分量、基频分量和二倍频分量。再根据桥臂分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下的电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量，对电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量进行线性化处理后结合交流侧电压动态方程确定小信号模型。采用本发明实施例的柔性直流系统小信号建模方法得到的小信号模型能够有效反映模块化多电平换流器内部不同电气量之间的关联关系，准确性高，可以为海上风电柔性直流并网系统的控制策略设计和稳定运行提供仿真模型基础。

11、根据本发明的一些实施例，所述基于开关函数模型和基尔霍夫电压定律建立模块化多电平换流器的交流侧电压动态方程，包括以下步骤：

12、基于开关函数模型确定桥臂平均开关函数模型；

13、根据所述桥臂平均开关函数模型确定桥臂电压差模分量和桥臂电压共模分量；

14、基于基尔霍夫电压定律确定桥臂基尔霍夫电压方程；

15、根据所述桥臂电压差模分量、所述桥臂电压共模分量和所述桥臂基尔霍夫电压方程确定所述交流侧电压动态方程。

16、根据本发明的一些实施例，所述基于开关函数模型建立所述模块化多电平换流器的桥臂分量动态方程，包括以下步骤：

17、根据所述桥臂平均开关函数模型和桥臂电流确定桥臂平均电容电流，所述桥臂平均电容电流包括直流分量、基频分量和二倍频分量；

18、基于开关函数模型确定单桥臂平均开关函数模型；

19、根据所述桥臂电流、所述桥臂平均电容电流和所述单桥臂平均开关函数模型确定所述桥臂分量动态方程。

20、根据本发明的一些实施例，所述桥臂分量动态方程的约束公式为：

21、

22、其中，ceq为单个桥臂的等效电容，up为上桥臂电压，un为下桥臂电压，λp0和λn0分别为上桥臂直流分量和下桥臂直流分量，λp1和λn1分别为上桥臂基频分量和下桥臂基频分量，λp2和λn2分别为上桥臂二倍频分量和下桥臂二倍频分量。

23、根据本发明的一些实施例，所述桥臂分量动态方程包括电压直流分量动态方程、基频分量动态方程和二倍频分量动态方程，所述根据所述桥臂分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下桥臂电容电压差模分量，包括以下步骤：

24、根据所述电压直流分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下所述电压直流分量差模分量；

25、根据所述基频分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下所述基频分量差模分量；

26、根据所述二倍频分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下所述二倍频分量差模分量。

27、根据本发明的一些实施例，dq坐标系下所述电压直流分量差模分量的约束公式为：

28、

29、其中，为所述电压直流分量差模分量，m为调制比，ceq为单个桥臂的等效电容，is为稳态交流侧电流的直流分量幅值，即桥臂电流的基频分量，为基频相角差，为二倍频相角差，uh2为桥臂电压的二倍频分量，ih2为桥臂电流的二倍频分量。

30、根据本发明的一些实施例，dq坐标系下所述基频分量差模分量的约束公式为：

31、

32、其中，和表示dq坐标系下的基频分量差模分量，和uac_1d表示dq坐标系下的桥臂电容电压基频分量，isd和isq表示dq坐标系下的稳态交流侧电流，即桥臂电流的基频分量，uvd和uvq表示dq坐标系下的稳态交流侧电压，即桥臂电压，ih2d和ih2q表示dq坐标系下的稳态交流侧电流的二倍频分量，即桥臂电流的二倍频分量，ceq为单个桥臂的等效电容，ω为基波频率。

33、根据本发明的一些实施例，dq坐标系下所述二倍频分量差模分量的约束公式为：

34、

35、其中，和表示dq坐标系下的二倍频分量差模分量，uac_2q和uac_2d表示dq坐标系下的桥臂电容电压二倍频分量，ih2d和ih2q表示dq坐标系下的稳态交流侧电流的二倍频分量，即桥臂电流的二倍频分量，isd和isq表示dq坐标系下的稳态交流侧电流，即桥臂电流的基频分量，uvd和uvq表示dq坐标系下的稳态交流侧电压，即桥臂电压，ceq为单个桥臂的等效电容，ω为基波频率。

36、根据本发明的第二方面实施例的柔性直流系统小信号建模系统，包括：

37、交流侧电压动态方程建立单元，用于基于开关函数模型和基尔霍夫电压定律建立模块化多电平换流器的交流侧电压动态方程；

38、桥臂分量动态方程建立单元，用于基于开关函数模型建立所述模块化多电平换流器的桥臂分量动态方程，其中，桥臂分量动态方程中的变量包括直流分量、基频分量和二倍频分量；

39、差模分量确定单元，用于根据所述桥臂分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下桥臂电容电压差模分量，所述桥臂电容电压差模分量包括电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量；

40、线性化处理单元，用于对所述桥臂电容电压差模分量进行线性化处理，得到线性化结果；

41、小信号模型确定单元，用于根据所述线性化结果和所述交流侧电压动态方程确定小信号模型。

42、根据本发明实施例的柔性直流系统小信号建模系统，至少具有如下有益效果：

43、首先通过交流侧电压动态方程建立单元基于开关函数模型和基尔霍夫电压定律建立模块化多电平换流器的交流侧电压动态方程，并通过桥臂分量动态方程建立单元基于开关函数模型建立模块化多电平换流器的桥臂分量动态方程，桥臂分量动态方程中的变量包括直流分量、基频分量和二倍频分量。再通过差模分量确定单元根据桥臂分量动态方程进行park变换，并进行差模共模分解，得到dq坐标系下的电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量，通过线性化处理单元对电压直流分量差模分量、基频分量差模分量和二倍频分量差模分量进行线性化处理后通过小信号模型确定单元结合交流侧电压动态方程确定小信号模型。采用本发明实施例的柔性直流系统小信号建模系统得到的小信号模型能够有效反映模块化多电平换流器内部不同电气量之间的关联关系，准确性高，可以为海上风电柔性直流并网系统的控制策略设计和稳定运行提供仿真模型基础。

44、根据本发明的第三方面实施例的控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面实施例所述的柔性直流系统小信号建模方法。由于控制装置采用了上述实施例的柔性直流系统小信号建模方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

45、根据本发明的第四方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述第一方面实施例所述的柔性直流系统小信号建模方法。由于计算机可读存储介质采用了上述实施例的柔性直流系统小信号建模方法的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

46、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。