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傳統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真對(duì)HVDC和其它FACTS電力電子裝置采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，因而不能仿真它們的瞬變電壓、電流特性。而電磁暫態(tài)仿真程序(例如EMTP)受計(jì)算規(guī)模的限制，一般要對(duì)研究對(duì)象的外部電力系統(tǒng)進(jìn)行等值化簡(jiǎn)，因此不能反映系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程對(duì)電磁暫態(tài)過程的影響。本文介紹的混合仿真算法為彌補(bǔ)上述兩種方法的不足，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型，而對(duì)待研究的電力電子裝置(例如SVC)使用電磁暫態(tài)模型，兩種仿真的結(jié)合使用了本文發(fā)展的考慮系統(tǒng)頻率偏移影響的接口技術(shù)。本文介紹的混合仿真算法為研究HVDC和FACTS等電力電子裝置及其控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能提供了一種有力的工具。
1 引言
對(duì)于等于的雙軸次暫態(tài)模型，發(fā)電機(jī)的等效電路如圖1所示。
當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生擾動(dòng)，處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，交流系統(tǒng)的頻率保持為基頻。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大的擾動(dòng)后，發(fā)電機(jī)間發(fā)生不同程度的搖擺，處于加速機(jī)群中的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)頻率升高，而處于減速機(jī)群中的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)頻率降低。由于故障中各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)頻率的不一致，導(dǎo)致EMTP子系統(tǒng)中諾頓電流源的頻率難以用系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)頻率的顯式函數(shù)來表達(dá)。因此，本文根據(jù)擾動(dòng)中和擾動(dòng)后SVC安裝母線電壓頻率偏移，動(dòng)態(tài)地計(jì)算SVC母線的瞬時(shí)頻率fe作為EMTP諾頓等效電源的頻率，并認(rèn)為在一次EMTP子程序仿真時(shí)，諾頓電流源頻率保持不變。
2.2EMTP對(duì)TSP的等效
EMTP仿真得到的是反映SVC接口母線處的電壓、電流瞬時(shí)值的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，因此需要對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理以求得TSP仿真需要的數(shù)據(jù)。常用離散傅立葉變換或最小二乘曲線擬合的方法求取SVC母線電壓、注入網(wǎng)絡(luò)電流的基頻分量和各次諧波分量。離散傅立葉變換求取信號(hào)的基頻分量需要獲得整周波的數(shù)據(jù)，而最小二乘曲線擬合方法不受此限制，因此最小二乘曲線擬合方法具有更大的靈活性。
由于TSP仿真基于基頻正序單相相量模型，所以在使用最小二乘曲線擬合方法時(shí)只需求取SVC基頻等效負(fù)荷，而忽略SVC母線電壓和注入網(wǎng)絡(luò)電流的各次諧波分量。未考慮SVC諧波源對(duì)外部系統(tǒng)的作用將會(huì)給混合仿真帶來一定誤差，但是由于SVC本身具有諧波濾波裝置用以濾除5、7次等特征諧波。同時(shí)SVC變壓器二次側(cè)采用三角形聯(lián)接，在穩(wěn)態(tài)情況下3的倍數(shù)次諧波不能流入外部網(wǎng)絡(luò)。因此SVC諧波源對(duì)混合仿真精度的影響不大。 
式中，電壓或電流信號(hào)頻率fe由式(2)計(jì)算。
使用式(3)對(duì)EMTP仿真得到的電壓和電流的三相瞬時(shí)值分別進(jìn)行最小二乘曲線擬合，即可求得電壓、電流相量的幅值A(chǔ)和相角φ。根據(jù)SVC母線電壓、注入網(wǎng)絡(luò)電流相量，即可求出SVC的基頻等效負(fù)荷。由于機(jī)電暫態(tài)系統(tǒng)相對(duì)于電磁暫態(tài)系統(tǒng)而言屬于慢變系統(tǒng)，因此可以認(rèn)為SVC的等效負(fù)荷在一個(gè)TSP積分步長(zhǎng)內(nèi)保持不變。即SVC在一個(gè)TSP積分步長(zhǎng)內(nèi)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)等效為恒功率負(fù)荷。
2.3混合仿真的同步和數(shù)據(jù)交換
由于TSP和EMTP采用的積分時(shí)間步長(zhǎng)不同，兩種仿真只能在特定的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。也就是說，TSP仿真一步，EMTP仿真多步，并在TSP的各時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。混合仿真計(jì)算過程如圖2所示。
步驟如下：
(1)計(jì)算潮流，求取T0時(shí)刻TSP子系統(tǒng)的仿真初值;
(2)求取TSP對(duì)EMTP的諾頓等效電路和接口母線瞬時(shí)頻率(箭頭1);
(3)在T0至T1時(shí)刻之間進(jìn)行EMTP仿真,求取SVC的電壓、電流瞬時(shí)值(箭頭2);
(4)對(duì)EMTP仿真得到的接口母線處電壓、電流三相瞬時(shí)值進(jìn)行曲線擬合，求取基頻正序分量，EMTP對(duì)TSP等效為負(fù)荷(箭頭3);
(5)在T0至T1時(shí)刻之間進(jìn)行TSP仿真，求取T1時(shí)刻TSP仿真變量(箭頭4);
(6)如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)突變，修改節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，求取TSP子系統(tǒng)擾動(dòng)后的仿真初值;
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