柔性电力变压器仿真建模方法、系统及介质

1.本发明属于电力系统电气设备的技术领域，具体涉及一种柔性电力变压器仿真建模方法、系统及介质。


背景技术：

2.传统电力变压器通过分接开关的切换装置实现变压器输出端电压的调节，具有成本低、效率高的优点，但其调控速度和调控平滑性难以满足新型电力系统的调压要求。随着电力电子器件的发展，电力电子设备正取代电力系统中的传统功率变换器件，电力电子变压器通过电力电子器件和电力电子技术，既可以完成电压等级变换、电气隔离和能量传递的功能，还能实现潮流的调控，但是由于电力电子变压器使用大量电力电子器件，因此其存在损耗大、容量低、造价高等缺点。柔性电力变压器在常规电力变压器的基础上增加电力电子调控环节，由价格低廉、可靠性好的常规电磁式电力变压器负责全功率变换，由只占变压器容量约10％左右的电力电子电压源变流器负责快速、连续调控，二者相融合，可以以极好的经济技术比，满足新型电力系统的电压调控要求。
3.在仿真技术方面，电力系统仿真可以采用机电暂态仿真和电磁暂态仿真。机电暂态仿真一般使用psasp或bpa软件，以研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定性能和受到小扰动后的静态稳定性能，但其不能对仿真系统进行细致地工程模拟。电磁暂态仿真软件pscad/emtdc将模块化的用户界面与电磁暂态仿真引擎相结合，能够以集成模块的形式建立模型，通过数值计算方法对电力系统中电磁暂态过程进行仿真，准确模拟电力电子器件设备的快速响应性能和控制特性。


技术实现要素：

4.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
5.一种柔性电力变压器仿真建模方法，包括：
6.构建主变压器仿真模型、换流器主电路及控制仿真模型；
7.将主变压器仿真模型、换流器主电路及控制仿真模型互联并接入交流系统模型中，得到基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真模型；
8.基于构建的柔性电力变压器仿真模型进行实时仿真。
9.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，换流器主电路仿真模型包括电压调控换流器主电路和取能换流器主电路仿真模型；换流器控制仿真模型包括电压调控换流器控制仿真模型和取能换流器控制仿真模型。
10.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，主变压器仿真模型的构建过程基于pscad/emtdc进行，包括：
11.三相三绕组变压器一次绕组经串联接入的电压调控换流器与三相电源侧交流线路bus220相连；
12.二次绕组表示主变压器的中压侧，与被控交流母线bus66相接，为负荷供电；
13.三次绕组表示主变压器的取能绕组，与取能换流器和低压交流母线bus10相连，为取能换流器的直流电容器供能，使电压调控换流器能够实现对所控交流母线电压的控制；
14.一次绕组1、二次绕组和三次绕组连接方式分别为y、y、
△
。
15.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，电压调控换流器主电路仿真模型构建过程包括：
16.构建用于输出调控电压的h桥子模块；
17.将h桥子模块接口串联接入三相交流系统，三个串联于三相交流系统的h桥子模块a、h桥子模块b和h桥子模块c构成电压调控换流器仿真模型。
18.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，取能换流器主电路仿真模型构建过程包括：构建三相桥式换流器，再将三相桥式换流器与两绕组变压器连接后，并联接入主变压器的取能绕组上，形成与交流电网相接的取能换流器主电路仿真模型。
19.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，电压调控换流器控制仿真模型构建过程包括构建
20.用于控制电压调控换流器输出电压d、q轴分量的控制环模块以及
21.用于输出电压调控换流器中igbt触发脉冲的spwm调制模块；
22.其中，控制环模块包括
23.用于产生斜坡信号theta的锁相环模块、
24.用于电气信号abc-dq坐标变换的x to dq模块、
25.用于输出电压d轴参考信号以及电压q轴参考信号的dq轴计算模块以及
26.用于电气信号dq-abc坐标变换的dq to x模块；
27.控制环仿真模型所输出的电压参考信号searef、sebref、secref输入到spwm调制模块中，电压参考信号searef、sebref、secref与电压调控换流器直流侧受控电压源外部控制信号vd2的商作为spwm的调制波；一定频率的三角载波和调制波进行比较后，输出电压调控换流器中igbt的控制信号sea_g1、sea_g2、sea_g3、sea_g4；seb_g1、seb_g2、seb_g3、seb_g4；sec_g1、sec_g2、sec_g3、sec_g4。
28.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，电压调控换流器控制仿真模型的控制环模块具体构建过程包括：
29.锁相环模块采用pll锁相环，将电压调控换流器串联连接线路电流信号seaig作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta；
30.x to dq模块输入量为串联连接线路电流信号seaig和串联接入点两端电压信号seavse，得到d、q轴分量分别为串联连接线路电流d轴信号igd、串联连接线路电流q轴信号igq、串联接入点两端电压d轴信号vsed、串联接入点两端电压q轴信号vseq；
31.dq轴计算模块采用pi控制器，所控交流母线bus66电压有效值作为dq轴计算模块的输入信号dref，输入信号dref与串联接入点两端电压d轴信号vsed的差值经过pi控制器，输出电压d轴参考信号vrd；控制环q轴参考信号qref设定为0，与串联接入点两端电压q轴信号vseq作差后经过pi控制器，输出电压q轴参考信号vrq；
32.dq to x模块输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为串联连接线路两端电压参考信号ref。
33.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，取能换流器控制电路仿真模型包含
34.用于控制取能换流器直流侧电容电压和取能换流器并网线路电流q轴分量的控制环模块
35.用于输出取能换流器中igbt触发脉冲的svpwm调制模块，
36.其中控制环模块包括
37.用于产生斜坡信号theta的锁相环模块、
38.用于电气信号的abc-dq坐标变换的abc to dq模块、
39.用于输出电压d轴参考量和电压q轴参考量的dq轴计算模块以及
40.用于电气信号的dq-abc坐标变换的dq to abc模块；
41.锁相环模块采用pll锁相环，将取能换流器中三相桥式换流电路并网点电压信号vg作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta；
42.将取能换流器直流电容电压输入采样元件，获得按周期fs阶跃变化的电容电压采样量vd1，取能换流器直流电容电压参考信号输入自封装的三相-两相坐标变换模块，经过采样器和直角坐标变换元件，获得αβ坐标下输出量的幅值v和相角theta；调制比m通过调制波基波峰值v除以载波基波峰值vd1乘以系数获得；相角theta通过自定义模块choosesector确定扇区，输出相量v1和v2的位置；扇区中v1和v2的作用时间依靠t1、t2和t0确定；将相量v1和v2的位置和作用时间输入自定义模块outvector中输出6维脉冲序列，作为取能换流器开关器件igbt的控制信号shunt_g1、shunt_g2、shunt_g3、shunt_g4、shunt_g5、shunt_g6。
43.在上述的一种柔性电力变压器仿真建模方法，取能换流器控制电路仿真模型额控制环模块具体构建过程包括：
44.abc to dq模块输入量为三相桥式换流器并网点电压信号vg和并网连接线路电流信号ig，得到d、q轴分量分别为并网点电压d轴信号vgd、并网点电压q轴信号vgq、并网连接线路电流d轴信号ild、并网连接线路电流q轴信号ilq；
45.dq轴计算模块采用pi控制器，取能换流器直流电容电压测量信号vd1与直流侧电压指令值作差后传入pi控制器，并网连接线路电流d轴信号ild与pi控制器输出的d轴分量参考值的差值作为内环pi控制器的输入量，内环pi控制器输出的电压信号加上交叉耦合项和并网点电压d轴信号vgd，得到电压d轴参考量vrd；在电流q轴信号控制环中，并网连接线路电流q轴参考值设定为0，与并网连接线路电流q轴信号ilq的差值输入线路电流内环pi控制器，线路电流d轴信号ild与内环pi控制器输出量的差值作为电压q轴参考量vrq；
46.dq to abc模块输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为取能换流器直流电容电压参考信号ref。
47.一种柔性电力变压器仿真建模方法系统，包括：
48.构建模块一：被配置为用于构建主变压器仿真模型、换流器主电路及控制仿真模型；
49.构建模块二：被配置为用于将仿真模型互联并接入交流系统模型中，得到基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真模型；
50.仿真模块：被配置为基于构建的柔性电力变压器仿真模型进行实时仿真。
51.因此，本发明具有如下优点：
52.1.本发明一种基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真模型建立方法依托pscad/
emtdc仿真软件，首先构建柔性电力变压器系统主电路的仿真模型，再构建柔性电力变压器系统控制电路的仿真模型，最后将柔性电力变压器主电路与控制电路模型与交流电网相联。仿真结果表明，本发明可基于pscad/emtdc仿真软件完成柔性电力变压器电磁暂态仿真模型的建立，为分析柔性电力变压器稳压特性提供一种电磁暂态仿真建模方法，给柔性电力变压器装置设计和工程实施提供数据支撑。
53.2.本发明所述柔性电力变压器系统具备优良稳压性能。基于pscad/emtdc仿真平台对柔性电力变压器系统稳压特性进行仿真分析，当柔性电力变压器投入运行时，并网点电压基本保持稳定，为新型电力系统对新能源消纳能力的提升和维持电网电压稳定提供技术支撑。
54.3.本发明所述柔性电力变压器系统具备平滑调压性能。基于pscad/emtdc仿真平台对柔性电力变压器系统调压特性进行仿真分析，所构建的柔性电力变压器电磁暂态仿真模型可控制并网点电压实现快速、平滑调压，弥补传统电力变压器阶跃型调压的缺点，为满足新型电力系统连续调压的需求提供技术手段。
附图说明
55.图1是柔性电力变压器主变压器仿真模型示意图。
56.图2是h桥子模块a仿真模型示意图。
57.图3是电压调控换流器主电路仿真模型示意图。
58.图4是取能换流器中三相桥式换流器仿真模型示意图。
59.图5是取能换流器中换流变压器仿真模型示意图。
60.图6是取能换流器主电路仿真模型示意图。
61.图7是电压调控换流器控制电路中控制环模块仿真模型示意图。
62.图8是电压调控换流器控制电路中spwm调制模块仿真模型示意图。
63.图9是电压调控换流器控制电路仿真模型示意图。
64.图10是取能换流器控制电路中控制环仿真模型示意图。
65.图11是取能换流器控制电路中svpwm调制模块仿真模型示意图。
66.图12是取能换流器控制电路仿真模型示意图。
67.图13是柔性电力变压器投入交流电网运行的仿真模型示意图。
68.图14是柔性电力变压器投运前后并网点电压标幺值波形图。
69.图15是柔性电力变压器对并网点电压调压波形图。
具体实施方式
70.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
71.实施例：
72.下面结合附图和仿真结果进一步说明本发明的技术方案及技术效果。
73.一种基于pscad/emtdc的柔性电力变压器电磁暂态仿真模型建立方法，其特征在于，在pscad/emtdc仿真软件中构建柔性电力变压器系统主电路与控制电路，在柔性电力变压器系统的换流母线处连接等值的交流系统，形成可投入交流电网运行的柔性电力变压器电磁暂态仿真模型。
74.依托pscad/emtdc仿真平台，完成一种基于pscad/emtdc的柔性电力变压器电磁暂态仿真模型建立方法，所述步骤如下：
75.s1：构建主变压器仿真模型；
76.s2：构建电压调控换流器主电路和取能换流器主电路仿真模型；
77.s3：构建电压调控换流器控制仿真模型；
78.s4：构建取能换流器控制仿真模型；
79.s5：将步骤s1-s4中构建的仿真模型互联并接入交流系统模型中，形成基于pscad/emtdc仿真平台的柔性电力变压器仿真模型。
80.柔性电力变压器电磁暂态仿真模型具体建立方法如下：
81.s1：构建主变压器仿真模型。图1所示为柔性电力变压器主变压器仿真模型，采用pscad/emtdc软件中三相三绕组变压器(3phase 3winding transformer)，其一次绕组#1经串联接入的电压调控换流器与三相电源侧交流线路bus220相连；二次绕组#2表示主变压器的中压侧，与被控交流母线bus66相接，为负荷供电；三次绕组#3表示主变压器的取能绕组，与取能换流器和低压交流母线bus10相连，为取能换流器的直流电容器供能，使电压调控换流器能够实现对所控交流母线电压的控制。绕组#1、绕组#2和绕组#3连接方式分别为y、y、
△
。
82.所述主变压器仿真模型主要参数设置如表1所示。
83.表1主变压器仿真模型主要参数设置
[0084][0085][0086]
s2：构建电压调控换流器主电路和取能换流器主电路仿真模型。所述电压调控换流器主电路仿真模型的构建是指：首先构建h桥子模块，再将h桥子模块接口串联接入三相交流系统，三个串联于三相交流系统的h桥子模块a、h桥子模块b和h桥子模块c构成电压调控换流器仿真模型。所述取能换流器主电路仿真模型的构建是指：首先构建三相桥式换流器，再将三相桥式换流器与两绕组变压器连接后，并联接入主变压器的取能绕组上，形成与交流电网相接的取能换流器主电路仿真模型。电压调控换流器主电路和取能换流器主电路仿真模型构建的具体步骤如下：
[0087]
s2.1：构建h桥子模块仿真模型。所述h桥子模块a仿真模型如图2所示，采用pscad/emtdc软件中电力电子开关igbt和二极管(power electronic switch-igbt&diode)、单相
电压源模型2(single phase voltage source model 2)构建h桥子模块。在h桥子模块a中，sea_g1、sea_g2、sea_g3、sea_g4表示全控功率开关器件igbt控制信号，vd2表示受控电压源外部控制信号，id2a为h桥子模块直流侧电流，seaig表示h桥子模块串联连接线路电流信号，seavse表示h桥子模块串联接入点两端电压信号，seail表示经滤波电路后的连接线电流信号。
[0088]
s2.2：构建电压调控换流器主电路仿真模型。所述电压调控换流器主电路仿真模型如图3所示，h桥子模块b和h桥子模块c仿真模型按照步骤s2.1搭建，通过构建三个串联于交流系统的h桥子模块a、h桥子模块b和h桥子模块c，完成所述电压调控换流器仿真模型的建立。h桥子模块a串联连接线分别与三相交流系统a相和主变压器一次绕组#1的a相相连；h桥子模块b串联连接线分别与三相交流系统b相和主变压器一次绕组#1的b相相连；h桥子模块c串联连接线分别与三相交流系统c相和主变压器一次绕组#1的c相相连。通过步骤s2.1和s2.2形成与主变压器和三相电源侧相连的电压调控换流器主电路仿真模型。
[0089]
所述电压调控换流器主电路主要参数设置如表2所示。
[0090]
表2电压调控换流器主要参数设置
[0091][0092][0093]
s2.3：构建三相桥式换流器仿真模型。所述三相桥式换流器仿真模型如图4所示，采用pscad/emtdc软件中电力电子开关igbt和二极管(power electronic switch-igbt&diode)、单相电压源模型2(single phase voltage source model 2)构建三相桥式换流器。在三相桥式换流器仿真模型中，shunt_g1、shunt_g2、shunt_g3、shunt_g4、shunt_g5、shunt_g6表示全控功率开关器件igbt输入控制信号，id1表示受控电流源外部控制信号，vd1表示直流电容电压，vg表示三相桥式换流器并网点电压，ig表示并网连接线路电流，il表示经滤波电路后的连接线电流。
[0094]
s2.4：构建两绕组变压器仿真模型。所述两绕组变压器仿真模型如图5所示，采用pscad/emtdc软件中三相双绕组变压器(3phase 2winding transformer)，其一次绕组#1并联接入主变压器取能绕组和低压交流母线bus10之间的交流线路，二次绕组#2与三相桥式换流器相连。绕组#1和绕组#2的连接方式分别为y、y。
[0095]
s2.5：构建取能换流器主电路仿真模型。所述取能换流器主电路仿真模型如图6所示，将构建的三相桥式换流器模型并网点与两绕组变压器二次侧相连后并入主变压器取能绕组和低压交流母线bus10之间的交流线路，形成投入交流系统
[0096]
所述取能换流器主要参数设置如表3所示。
[0097]
表3取能换流器主要参数设置
[0098][0099][0100]
s2.6：构建电压调控换流器主电路和取能换流器主电路之间的连接。为节约计算资源、提高仿真速度，电压调控换流器和取能换流器之间通过受控电压源和受控电流源模拟直流电容器进行连接。
[0101]
电压调控换流器直流侧的受控电压源外部控制信号vd2和取能换流器直流电容电压vd1的数学关系为
[0102]k1vd1
＝v
d2 (0)
[0103]
式中，k1表示受控电压源外部控制信号与取能换流器直流电容电压之间的比例关系。
[0104]
电压调控换流器直流侧电流id2a、id2b、id2c和取能换流器直流侧受控电流源外部控制信号id1的数学关系为
[0105]id1
＝k2(i
d2a
i
d2b
i
d2c
) (0)
[0106]
式中，k2表示电压调控换流器直流侧电流与受控电流源外部控制信号之间的比例关系。
[0107]
所述电压调控换流器和取能换流器直流侧比例关系参数如表4所示。
[0108]
表4电压调控换流器和取能换流器直流侧比例关系参数
[0109][0110]
s3：构建电压调控换流器控制电路仿真模型。所述电压调控换流器控制电路仿真模型包含控制环模块和spwm调制模块。电压调控换流器控制电路仿真模型构建的具体步骤如下：
[0111]
s3.1：构建控制环模块仿真模型。所述电压调控换流器控制电路中控制环仿真模型如图7所示，所述控制环模块包括锁相环模块、x to dq模块、dq轴计算模块和dq to x模块。
[0112]
锁相环模块采用pscad/emtdc软件中pll锁相环(phase locked loop)，将电压调控换流器串联连接线路电流信号seaig作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta。
[0113]
电气信号的abc-dq坐标变换利用自封装的x to dq模块实现，输入量为串联连接线路电流信号seaig和串联接入点两端电压信号seavse，得到d、q轴分量分别为串联连接线路电流d轴信号igd、串联连接线路电流q轴信号igq、串联接入点两端电压d轴信号vsed、串联接入点两端电压q轴信号vseq。
[0114]
dq轴计算模块采用pscad/emtdc软件中pi控制器(pi controller)，所控交流母线bus66电压有效值作为dq轴计算模块的输入信号dref，输入信号dref与串联接入点两端电压d轴信号vsed的差值经过pi控制器，输出电压d轴参考信号vrd；控制环q轴参考信号qref设定为0，与串联接入点两端电压q轴信号vseq作差后经过pi控制器，输出电压q轴参考信号vrq。
[0115]
电气信号的dq-abc坐标变换利用自封装的dq to x模块实现，输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为串联连接线路两端电压参考信号ref。
[0116]
将上述模块封装在控制环controller中，则控制环仿真模型所输出的串联连接线路两端电压参考信号ref即为searef、sebref、secref。
[0117]
s3.2：构建spwm调制仿真模型。所述电压调控换流器控制电路中spwm调制模块仿真模型如图8所示，采用pscad/emtdc软件中信号发生器(signal generator)作为三角载波信号发生器。控制环仿真模型所输出的电压参考信号searef、sebref、secref输入到spwm调制模块中，电压参考信号searef、sebref、secref与电压调控换流器直流侧受控电压源外部控制信号vd2的商作为spwm的调制波。一定频率的三角载波和调制波进行比较后，输出电压调控换流器中igbt的控制信号sea_g1、sea_g2、sea_g3、sea_g4；seb_g1、seb_g2、seb_g3、seb_g4；sec_g1、sec_g2、sec_g3、sec_g4。
[0118]
s3.3：构建电压调控换流器控制电路仿真模型。电压调控换流器控制电路仿真模型如图9所示，将步骤s3.1和s3.2中所构建的控制环仿真模型和spwm调制模块仿真模型分别进行封装，形成电压调控换流器控制电路。控制环仿真模型对应controller封装模块，spwm调制仿真模型对应single spwm封装模块。
[0119]
s4：构建取能换流器控制电路仿真模型。所述取能换流器控制电路仿真模型包含控制环模块和svpwm调制模块。取能换流器控制电路仿真模型构建的具体步骤如下：
[0120]
s4.1：构建控制环模块仿真模型。所述取能换流器控制电路中控制环仿真模型如图10所示，所述控制环模块包括锁相环模块、abc to dq模块、dq轴计算模块和dq to abc模块。
[0121]
锁相环模块采用pscad/emtdc软件中pll锁相环(phase locked loop)，将三相桥式换流器并网点电压信号vg作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta。
[0122]
电气信号的abc-dq坐标变换利用自封装的abc to dq模块实现，输入量为三相桥式换流器并网点电压信号vg和并网连接线路电流信号ig，得到d、q轴分量分别为并网点电压d轴信号vgd、并网点电压q轴信号vgq、并网连接线路电流d轴信号ild、并网连接线路电流
q轴信号ilq。
[0123]
dq轴计算模块采用pscad/emtdc软件中pi控制器(pi controller)，在定直流电压控制环中，取能换流器直流电容电压测量信号vd1与直流侧电压指令值作差后传入pi控制器，并网连接线路电流d轴信号ild与pi控制器输出的d轴分量参考值的差值作为内环pi控制器的输入量，内环pi控制器输出的电压信号加上交叉耦合项和并网点电压d轴信号vgd，得到电压d轴参考量vrd；在电流q轴信号控制环中，并网连接线路电流q轴参考值设定为0，与并网连接线路电流q轴信号ilq的差值输入线路电流内环pi控制器，线路电流d轴信号ild与内环pi控制器输出量的差值作为电压q轴参考量vrq。
[0124]
电气信号的dq-abc坐标变换利用自封装的dq to abc模块实现，输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为取能换流器直流电容电压参考信号ref。
[0125]
s4.2：构建svpwm调制仿真模型。所述取能换流器控制电路中svpwm调制模块仿真模型如图11所示，采用pscad/emtdc软件中插补采样元件(interpolating sampler)、直角坐标变换元件(rectangular coordinate converter)和求模函数(modulo function)。将取能换流器直流电容电压输入采样元件，获得按周期fs阶跃变化的电容电压采样量vd1，取能换流器直流电容电压参考信号输入自封装的三相-两相坐标变换模块，经过采样器和直角坐标变换元件，获得αβ坐标下输出量的幅值v和相角theta。调制比m通过调制波基波峰值v除以载波基波峰值vd1乘以系数获得。相角theta通过自定义模块choosesector确定扇区，输出相量v1和v2的位置。扇区中v1和v2的作用时间依靠t1、t2和t0确定。将相量v1和v2的位置和作用时间输入自定义模块outvector中输出6维脉冲序列，作为取能换流器开关器件igbt的控制信号shunt_g1、shunt_g2、shunt_g3、shunt_g4、shunt_g5、shunt_g6。
[0126]
s4.3：构建取能换流器控制电路仿真模型。所述取能换流器控制电路仿真模型如图12所示，将步骤s4.1和s4.2中所构建的控制环仿真模型和svpwm调制模块仿真模型分别进行封装，形成取能换流器控制电路。控制环仿真模型对应gridcontroller封装模块，svpwm调制仿真模型对应svpwm封装模块。
[0127]
s5：构建柔性电力变压器投入交流电网运行的仿真模型。所述柔性电力变压器投入交流电网运行的仿真模型如图13所示，在柔性电力变压器系统的换流母线处连接等值的交流电网系统，所述交流电网系统中包含三相交流电源、架空输电线路、交流母线、柔性电力变压器和负荷。采用pscad/emtdc软件中三相电压源模型2(three-phase voltage source model 2)作为三相交流电源、三相双绕组变压器(3-phase 2-winding transformer)作为联结变压器、单一电路的pi线路段(pl-sections single circuit)模拟架空线路和线对地固定负载(fixed load)模拟负荷。三相交流电源通过联结变压器与柔性电力变压器高压侧相连，柔性电力变压器中压侧和负荷接入被控交流母线bus66，形成柔性电力变压器投入交流电网运行的仿真模型。交流电网仿真模型主要参数设置如表5所示。
[0128]
表5交流电网仿真模型主要参数设置
[0129][0130]
为验证本发明一种基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真模型建立方法的有效性，基于pscad/emtdc仿真软件和表1-5的仿真参数设置，对所构建的柔性电力变压器仿真模型进行如下仿真与分析：
[0131]
1.柔性电力变压器稳压特性仿真分析
[0132]
设置0.2s时刻取能换流器控制电路投入运行，1s时刻电压调控换流器控制电路投入运行。图14所示为柔性电力变压器投运前后并网点电压标幺值波形图。由波形图可知，0-1s时间段内电压调控换流器控制电路未投入运行，所控交流母线电压标幺值稳定在1.03；1s后电压调控换流器控制电路投入运行，所控交流母线电压标幺值稳定在1。
[0133]
由仿真结果可知，柔性电力变压器电压调控换流器控制电路的投运，可使并网点电压稳定在指令值，保障电力系统安全稳定运行。
[0134]
2.柔性电力变压器调压特性仿真分析
[0135]
设置1.3-1.5s时间段并网点电压指令值下调2％。图15所示为柔性电力变压器对并网点电压调压波形图。由波形图可知，1.3-1.5s内柔性电力变压器控制并网点电压标幺值由1变化至0.98，1.5s后并网点电压标幺值保持0.98。通过仿真波形及其分析可知，与传统电力变压器阶跃式调压相比，本发明构建的柔性电力变压器可以实现快速、平滑调压功能。
[0136]
本实施例还提供一种基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真建模方法系统，其特征在于，包括：
[0137]
构建模块一：被配置为用于构建主变压器仿真模型、换流器主电路及控制仿真模型；
[0138]
构建模块二：被配置为用于将仿真模型互联并接入交流系统模型中，得到基于pscad/emtdc的柔性电力变压器仿真模型；
[0139]
仿真模块：被配置为基于构建的柔性电力变压器仿真模型进行实时仿真。
[0140]
换流器主电路仿真模型包括电压调控换流器主电路和取能换流器主电路仿真模型；换流器控制仿真模型包括电压调控换流器控制仿真模型和取能换流器控制仿真模型。
[0141]
主变压器仿真模型的构建过程基于pscad/emtdc进行，包括：
[0142]
三相三绕组变压器一次绕组经串联接入的电压调控换流器与三相电源侧交流线路bus220相连；
[0143]
二次绕组表示主变压器的中压侧，与被控交流母线bus66相接，为负荷供电；
[0144]
三次绕组表示主变压器的取能绕组，与取能换流器和低压交流母线bus10相连，为取能换流器的直流电容器供能，使电压调控换流器能够实现对所控交流母线电压的控制；
[0145]
一次绕组1、二次绕组和三次绕组连接方式分别为y、y、
△
。
[0146]
电压调控换流器主电路仿真模型构建过程包括：
[0147]
构建用于输出调控电压的h桥子模块；
[0148]
将h桥子模块接口串联接入三相交流系统，三个串联于三相交流系统的h桥子模块a、h桥子模块b和h桥子模块c构成电压调控换流器仿真模型。
[0149]
取能换流器主电路仿真模型构建过程包括：构建三相桥式换流器，再将三相桥式换流器与两绕组变压器连接后，并联接入主变压器的取能绕组上，形成与交流电网相接的取能换流器主电路仿真模型。
[0150]
电压调控换流器控制仿真模型构建过程包括构建
[0151]
用于控制电压调控换流器输出电压d、q轴分量的控制环模块以及
[0152]
用于输出电压调控换流器中igbt触发脉冲的spwm调制模块；
[0153]
其中，控制环模块包括
[0154]
用于产生斜坡信号theta的锁相环模块、
[0155]
用于电气信号abc-dq坐标变换的x to dq模块、
[0156]
用于输出电压d轴参考信号以及电压q轴参考信号的dq轴计算模块以及
[0157]
用于电气信号dq-abc坐标变换的dq to x模块；
[0158]
控制环仿真模型所输出的电压参考信号searef、sebref、secref输入到spwm调制模块中，电压参考信号searef、sebref、secref与电压调控换流器直流侧受控电压源外部控制信号vd2的商作为spwm的调制波；一定频率的三角载波和调制波进行比较后，输出电压调控换流器中igbt的控制信号sea_g1、sea_g2、sea_g3、sea_g4；seb_g1、seb_g2、seb_g3、seb_g4；sec_g1、sec_g2、sec_g3、sec_g4。
[0159]
电压调控换流器控制仿真模型的控制环模块具体构建过程包括：
[0160]
锁相环模块采用pll锁相环，将电压调控换流器串联连接线路电流信号seaig作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta；
[0161]
x to dq模块输入量为串联连接线路电流信号seaig和串联接入点两端电压信号seavse，得到d、q轴分量分别为串联连接线路电流d轴信号igd、串联连接线路电流q轴信号igq、串联接入点两端电压d轴信号vsed、串联接入点两端电压q轴信号vseq；
[0162]
dq轴计算模块采用pi控制器，所控交流母线bus66电压有效值作为dq轴计算模块的输入信号dref，输入信号dref与串联接入点两端电压d轴信号vsed的差值经过pi控制器，输出电压d轴参考信号vrd；控制环q轴参考信号qref设定为0，与串联接入点两端电压q轴信号vseq作差后经过pi控制器，输出电压q轴参考信号vrq；
[0163]
dq to x模块输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为串联连接线路两端电压参考信号ref。
[0164]
取能换流器控制电路仿真模型包含
[0165]
用于控制取能换流器直流侧电容电压和取能换流器并网线路电流q轴分量的控制环模块
[0166]
用于输出取能换流器中igbt触发脉冲的svpwm调制模块，
[0167]
其中控制环模块包括
[0168]
用于产生斜坡信号theta的锁相环模块、
[0169]
用于电气信号的abc-dq坐标变换的abc to dq模块、
[0170]
用于输出电压d轴参考量和电压q轴参考量的dq轴计算模块以及
[0171]
用于电气信号的dq-abc坐标变换的dq to abc模块；
[0172]
锁相环模块采用pll锁相环，将取能换流器中三相桥式换流电路并网点电压信号vg作为锁相环模块的输入量，采用相位矢量技术产生斜坡信号theta；
[0173]
将取能换流器直流电容电压输入采样元件，获得按周期fs阶跃变化的电容电压采样量vd1，取能换流器直流电容电压参考信号输入自封装的三相-两相坐标变换模块，经过采样器和直角坐标变换元件，获得αβ坐标下输出量的幅值v和相角theta；调制比m通过调制波基波峰值v除以载波基波峰值vd1乘以系数获得；相角theta通过自定义模块choosesector确定扇区，输出相量v1和v2的位置；扇区中v1和v2的作用时间依靠t1、t2和t0确定；将相量v1和v2的位置和作用时间输入自定义模块outvector中输出6维脉冲序列，作为取能换流器开关器件igbt的控制信号shunt_g1、shunt_g2、shunt_g3、shunt_g4、shunt_g5、shunt_g6。
[0174]
取能换流器控制电路仿真模型额控制环模块具体构建过程包括：
[0175]
abc to dq模块输入量为三相桥式换流器并网点电压信号vg和并网连接线路电流信号ig，得到d、q轴分量分别为并网点电压d轴信号vgd、并网点电压q轴信号vgq、并网连接线路电流d轴信号ild、并网连接线路电流q轴信号ilq；
[0176]
dq轴计算模块采用pi控制器，取能换流器直流电容电压测量信号vd1与直流侧电压指令值作差后传入pi控制器，并网连接线路电流d轴信号ild与pi控制器输出的d轴分量参考值的差值作为内环pi控制器的输入量，内环pi控制器输出的电压信号加上交叉耦合项和并网点电压d轴信号vgd，得到电压d轴参考量vrd；在电流q轴信号控制环中，并网连接线路电流q轴参考值设定为0，与并网连接线路电流q轴信号ilq的差值输入线路电流内环pi控制器，线路电流d轴信号ild与内环pi控制器输出量的差值作为电压q轴参考量vrq；
[0177]
dq to abc模块输入量为来自dq轴计算模块的电压d轴参考信号vrd和电压q轴参考信号vrq，输出量为取能换流器直流电容电压参考信号ref。
[0178]
本实施例还提供一种介质，存储有计算机程序，所述计算机程序能够执行权所述柔性电力变压器仿真建模方法。
[0179]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0180]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0181]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0182]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0183]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0184]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。