CN103605828A - 含变流器电力元件快速仿真建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，该方法将结构复杂的变流器等效为一个具有交、直流间功率转换功能的受控元件，并根据能量守恒和变流器的控制目标进行建模，由于避免了在模型中中大量使用分立的电力电子器件、触发环节和控制系统，简化了系统模型的复杂程度，从而大幅度地提高了含变流器系统的仿真速度，具有简捷实用、准确快速等优点，可以用于大规模含变流器系统的仿真。

Description

含变流器电力元件快速仿真建模方法

技术领域

本发明涉及电力系统元件建模方法，特别涉及含变流器电力元件的建模与仿真。

背景技术

智能电网是电网技术发展的永恒目标，智能化元件是智能电网的重要组成部分。为了提高电力元件的可控性，电力电子元件在电网的发电、输电、配电以及用电环节广泛采用。含电力电子的电力元件的建模与仿真问题已经成为无法回避的问题。电力电子在电力系统中的应用主要有以下几个方面：

1）新能源与分布式发电。随着化石能源的枯竭，新能源发电的重要性越来越突出。当前大规模并网运行的主要是风力发电和光伏发电，它们均无法直接并网，需要变流器变换后方可馈入交流电网。

2）直流输电。无论高压直流输电还是柔性直流输电，它们都是通过变流器实现交-直与直-交变换。简化变流器复杂程度，减少仿真计算量，可以提高直流输电系统的仿真速度。

3）柔性交流输电。输电网的FACTS与配电网的DFACTS都大量采用电力电子设备。简化电力电子设备的仿真计算量，即可提高该类元件的仿真速度。

上述几个方面都广泛使用了变流器。变流器是一类由电力电子器件及其控制电路组成的电力设备，可以实现对电能的调节、变换和控制，在智能电网中具有重要应用。目前针对含变流器的电力元件的仿真基本上都是利用单个元器件模块搭建详尽的仿真模型。这种仿真模型虽然准确，但由于变流器包含元器件比较多，且带有控制器，模型比较庞大，严重制约了系统仿真的速度，尤其在大规模风电场和大区交直流混连情况下，这种仿真方式的计算速度无法接受，甚至根本不可行。由于含变流器系统仿真模型复杂、仿真速度慢，给后续的研究分析工作带来诸多不便，严重地影响了复杂交直流混连电网的研究进度。

因此，对含变流器电力元件重新建模，简化模型复杂程度，保证仿真精度的情况下，提高仿真速度显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含变流器电力元件快速仿真建模方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，该仿真建模方法包括以下步骤：忽略变流器内部电力电子变换元件的细微结构，仅保留变流器的功能与外特性，将变流器等效为含控制的、能够实现交直流间能量转换的元件，通过变流器两端能量平衡及变流器控制目标来表达变流器的数学模型。

所述仿真建模方法具体包括以下步骤：

1）在dq坐标下列写出变流器两侧的功率平衡方程；

2）列写出由变流器控制模块决定的被控量所满足的控制方程；

3）对所述功率平衡方程和控制方程进行离散化，并得到待求量的迭代格式，待求量为直流侧母线电压u_dc以及变流器输出电流在dq坐标下的d轴分量i_d；

4）经数值迭代求解得到待求量的数值解；

5）由变流器并网功率因数指令以及i_d的数值解或者由变流器并网无功指令求解出i_q，i_q表示变流器输出电流在dq坐标下的q轴分量，对i_d和i_q进行反park变换，得到变流器输出三相电流i_abc。

所述仿真建模方法还包括以下步骤：

在步骤1）之前，将交流侧母线电压u_abc进行park变换，得到dq坐标下的值e_d和e_q，e_d表示交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，e_q表示交流侧母线电压在dq坐标下的q轴分量。

所述e_d和e_q表示为：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$

其中，θ(t)为交流侧母线电压锁相环输出角度，u_a表示变流器交流侧母线A相电压，u_b表示变流器交流侧母线B相电压，u_c表示变流器交流侧母线C相电压。

所述功率平衡方程在不加装卸荷电路情况下表示为：

$u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d$

其中，C为直流侧稳压电容，P为变流器输入功率，e_d为交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，r为变流器开关损耗等效电阻。

所述功率平衡方程在加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}\·\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d-\frac{{u_{\mathrm{dc}}}^2}{R}& u_{\mathrm{dc}}>u_0\end{array}\right.$

其中，R为卸荷电阻，u₀为卸荷门槛电压。

所述控制方程为：

i_d=k_p·(u_dc ^*-u_dc)+k_i·∫(u_dc ^*-u_dc)dt

Min≤i_d≤Max

k_p为变流器电压外环PI控制器比例增益，k_i为变流器电压外环PI控制器积分增益，u_dc ^*为直流母线电压指令，Min和Max为i_d的限制范围。

所述迭代格式在不加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))\\ \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n\end{array}\right.$

其中，C为直流侧稳压电容，P为变流器输入功率，e_d为交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，r为变流器开关损耗等效电阻，k_p为变流器电压外环PI控制器比例增益，k_i为变流器电压外环PI控制器积分增益，u_dc ^*为直流母线电压指令，Min和Max为i_d的限制范围，T_s为仿真步长，n表示迭代总次数。

所述迭代格式在加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right)-\frac{u_{\mathrm{dc}}{\left(k\right)}^2}{R})/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}>u_0\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))& \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n& \end{array}\right.$

其中，R为卸荷电阻，u₀为卸荷门槛电压。

所述变流器输出三相电流i_abc表示为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(k\right)\\ i_b\left(k\right)\\ i_c\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_k\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_k\right)\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)\\ i_q\left(k\right)\end{array}\right]$

θ_k为第k次迭代的电网侧电压锁相环输出角度，i_a(k)表示第k次迭代的变流器输出A相电流，i_b(k)表示第k次迭代的变流器输出B相电流，i_c(k)表示第k次迭代的变流器输出C相电流。

本发明将结构复杂的变流器等效为一个具有交、直流间功率转换功能的受控元件，并根据能量守恒和变流器的控制目标进行建模，由于避免了在模型中大量使用分立的电力电子器件、触发环节和控制系统，简化了系统模型的复杂程度，从而大幅度地提高了含变流器系统的仿真速度，具有简捷实用、准确快速等优点，可以用于大规模含变流器系统的仿真。

本发明为特性建模仿真，与现有的详尽建模仿真方法相比，具有以下三个优点：

1）精简变流器仿真模型。忽略高次谐波，将变流器视为一个受控电力元件，采用一个功能模块即可实现变流器的功能，无需采用单一元件搭建庞大的变流器仿真模型，大幅简化仿真模型复杂程度。

2）简捷实用，仿真准确快速。采用微积分方程组代替原有模型进行数值迭代，大幅度加快计算速度，从而提高含变流器系统仿真速度。

3）可用于大规模含变流器系统仿真。现有详尽建模仿真模型庞大复杂，仿真速度慢，在进行大规模仿真时，仿真时间较长，甚至无法实现；本发明在进行大规模仿真时，系统模型简单，仿真速度仍然较快。

附图说明

图1为本发明所述特性建模仿真流程图。

图2为永磁直驱风机系统仿真建模图，其中，（a）为含变流器仿真系统详尽建模仿真模型图，（b）为含变流器仿真系统特性建模仿真模型图，仿真时间3s，在1.5s时35kV输电线路发生故障，持续1.5s，PMSG表示永磁直驱风机，P_m表示最大可利用风能，f表示故障点。

图3为变流器直流母线不加装卸荷电路情况下，两种仿真模型网侧三相对称故障时仿真结果波形对比图，其中（a）为变流器输出电流d轴分量波形对比图，（b）为变流器输出A相电流波形对比图，（c）为变流器直流母线电压波形对比图。

图4为变流器直流母线不加装卸荷电路情况下，两种仿真模型网侧相间不对称故障（不对称跌落）时仿真结果波形对比图，其中，（a）为变流器输出电流d轴分量波形对比图，（b）为变流器输出A相电流波形对比图，（c）为变流器直流母线电压波形对比图。

图5为变流器直流母线加装卸荷电路情况下，两种仿真模型网侧三相对称故障时仿真结果波形对比图，其中，（a）为变流器输出电流d轴分量波形对比图，（b）为变流器输出A相电流波形对比图，（c）为变流器直流母线电压波形对比图。

图6为变流器直流母线加装卸荷电路情况下，两种仿真模型网侧相间不对称故障（不对称跌落）时仿真结果波形对比图，其中，（a）为变流器输出电流d轴分量波形对比图，（b）为变流器输出A相电流波形对比图，（c）为变流器直流母线电压波形对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所述含变流器电力元件快速仿真建模方法是一种快速仿真的元件建模方法，其主要目的在于对复杂的含变流器电力元件进行特性建模，在保留元件原有的外特性基础上，精简模型复杂程度，加快系统仿真速度。

本发明的关键技术是：（1）列写基于能量守恒的变流器功率平衡方程，同时保留变流器控制目标；(2)采用dq坐标系（两相旋转坐标系），精确保留变流器输出工频特性，忽略开关动作产生的高次谐波，可以满足电力系统以及继电保护分析的需要；（3）只保留变流器的功能以及输入输出外特性，将其等效为受控交直流间能量转换元件，忽略其内部复杂的结构以及开关动作过程，针对变流器整体进行特性建模，实现对变流器部分仿真模型的精简。

参见图1，针对永磁直驱风机，一般采用的是交直交变流器，实现单位功率因数输出。对其进行重新建模包括以下步骤：

（1）将交流侧母线电压u_abc进行park变换（参见《电力系统分析》（夏道止）P162.），得到dq坐标下的值e_d和e_q：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$

其中，θ(t)为交流侧母线电压锁相环输出角度（连续量），u_a表示变流器交流侧母线A相电压，u_b表示变流器交流侧母线B相电压，u_c表示变流器交流侧母线C相电压。

（2）在dq坐标系下，列写出变流器两侧的功率平衡方程；

①不加装卸荷电路情况下：

$u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d$

②加装卸荷电路情况下

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}\·\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d-\frac{{u_{\mathrm{dc}}}^2}{R}& u_{\mathrm{dc}}>u_0\end{array}\right.$

式中，u_dc为直流侧母线电压，C为直流侧稳压电容，P为变流器输入功率，e_d为交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，i_d为变流器输出电流在dq坐标下的d轴分量，r为变流器开关损耗等效电阻，R为卸荷电阻，u₀为卸荷门槛电压。其中，P、e_d、r和R为已知量，u_dc和i_d为待求量。

（3）列写出由变流器控制模块决定的被控量所满足的控制方程；

i_d=k_p·(u_dc ^*-u_dc)+k_i·∫(u_dc ^*-u_dc)dt

Min≤i_d≤Max

式中，k_p和k_i分别为变流器电压外环PI控制器比例、积分增益，u_dc ^*为直流母线电压指令，Min和Max为输出电流i_d的限制范围。

（4）对上述方程组进行离散化，并得到待求量的迭代格式；

①不加装卸荷电路情况下

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))\\ \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n\end{array}\right.$

②加装卸荷电路情况下

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right)-\frac{u_{\mathrm{dc}}{\left(k\right)}^2}{R})/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}>u_0\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))& \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n& \end{array}\right.$

其中，T_s为仿真步长，n表示迭代总次数。

（5）给定初值u_dc(0)=u_dc ^*和i_d(0)=0，对上述方程进行数值迭代求解，得到待求量的数值解。

（6）在单位功率因数

要求下，由

则i_q=0，对i_d和i_q进行反park变换（参见《电力系统分析》（夏道止）P162.），得到变流器输出三相电流i_abc。

$\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(k\right)\\ i_b\left(k\right)\\ i_c\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_k\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_k\right)\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)\\ 0\end{array}\right]$

θ_k为第k次迭代的电网侧电压锁相环输出角度（离散量），i_a(k)表示第k次迭代的变流器输出A相电流，i_b(k)表示第k次迭代的变流器输出B相电流，i_c(k)表示第k次迭代的变流器输出C相电流。

（7）在电磁暂态仿真软件（EMTP）上，采用自定义模块进行编程，得到永磁直驱风机特性建模仿真模型。

以上即为本发明提出的快速仿真建模方法的整个实施流程。

利用电磁暂态仿真软件（EMTP）搭建图2所示的仿真系统，测试本发明的性能。图3-6给出了不同故障类型下的测试结果。

参见图3，不加装卸荷电路时，从电网侧电压三相对称跌落仿真波形对比可以看出，在对称故障时，特性建模仿真的变流器输出电流以及直流母线电压与详尽建模仿真结果吻合。说明不加装卸荷电路对称故障下，特性建模与详尽建模具有相同的效果。

参见图4，不加装卸荷电路时，从电网侧电压相间不对称跌落仿真波形对比可以看出，不对称故障时，特性建模仿真的变流器输出电流以及直流母线电压与详尽建模仿真结果完全吻合。说明不加装卸荷电路不对称故障下，特性建模与详尽建模具有相同的效果。

参见图5，加装卸荷电路时，从电网侧电压三相对称跌落仿真波形对比可以看出，特性建模仿真的变流器输出电流以及直流母线电压与详尽建模仿真结果吻合。说明加装卸荷电路对称故障下，特性建模与详尽建模具有相同的效果。

参见图6，加装卸荷电路时，从电网侧电压相间不对称跌落仿真波形对比可以看出，特性建模仿真的变流器输出电流以及直流母线电压与详尽建模仿真结果完全吻合。说明加装卸荷电路不对称故障下，特性建模与详尽建模具有相同的效果。

综上，从图3-6可以看出，在各种情况下，本发明的特性建模与现有的详尽建模具有相同的输出特性，说明了特性建模方法的正确有效。

参见表1，分别针对系统包含一台风机，两台风机以及三台风机，在一台主频为2.5GHz，内存2G的电脑上，采用Pscad仿真软件，在相同仿真时间、仿真步长下，两种模型所需时间进行对比。从表1中可以看到，当系统包含三台风机时，5s的仿真详尽建模仿真模型需要22分钟。一个大型风电场，一般有几百台风机，对其进行仿真几乎不可能，而特性建模仿真模型几乎不受系统规模影响，仿真速度以及效果都非常好。随着风电场规模增大，详尽建模所需时间大幅度增加，而特性建模所需时间几乎不变，且远小于详尽建模所需时间。说明了特性建模方法的简捷快速。

表1不同规模系统仿真时间对比

由测试结果可知，本发明提出的含变流器电力元件的特性建模方法不仅与现有详尽建模方法具有相同的输出特性，而且仿真速度快，特别对于大规模含变流器系统，可以大幅度缩短仿真所需时间，为含变流器电力元件仿真建模提供了一种新方法。

总之，本发明从电力系统以及继电保护分析角度，合理忽略变流器开关动作产生的高次谐波，保留变流器工频特性。将变流器等效为含有控制、实现交直流间能量转换的电力元件，忽略其内部细微结构，保留其功能与外特性。针对变流器输入输出特性，从能量平衡角度出发，兼顾其控制器的控制特性，对含变流器电力元件整体进行特性建模，并得到其数学模型。精确的保留变流器外特性，避免在仿真过程中大量使用电力电子元件，简化仿真模型复杂程度，大幅降低变流器环节的仿真计算量，提高系统整体的仿真速度，提高大规模含变流器系统的仿真速度，使得大规模风电场和大区交直流混连电网快速仿真得以实现。

Claims (10)

1.一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，该仿真建模方法包括以下步骤：忽略变流器内部电力电子变换元件的细微结构，仅保留变流器的功能与外特性，将变流器等效为含控制的、能够实现交直流间能量转换的元件，通过变流器两端能量平衡及变流器控制目标来表达变流器的数学模型。

2.根据权利要求1所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述仿真建模方法具体包括以下步骤：

1）在dq坐标下列写出变流器两侧的功率平衡方程；

2）列写出由变流器控制模块决定的被控量所满足的控制方程；

3）对所述功率平衡方程和控制方程进行离散化，并得到待求量的迭代格式，待求量为直流侧母线电压u_dc以及变流器输出电流在dq坐标下的d轴分量i_d；

4）经数值迭代求解得到待求量的数值解；

5）由变流器并网功率因数指令以及i_d的数值解或者由变流器并网无功指令求解出i_q，i_q表示变流器输出电流在dq坐标下的q轴分量，对i_d和i_q进行反park变换，得到变流器输出三相电流i_abc。

3.根据权利要求2所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述仿真建模方法还包括以下步骤：

在步骤1）之前，将交流侧母线电压u_abc进行park变换，得到dq坐标下的值e_d和e_q，e_d表示交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，e_q表示交流侧母线电压在dq坐标下的q轴分量。

4.根据权利要求3所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述e_d和e_q表示为：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\left(t\right)\right)& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}\left(t\right)+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]$

其中，θ(t)为交流侧母线电压锁相环输出角度，u_a表示变流器交流侧母线A相电压，u_b表示变流器交流侧母线B相电压，u_c表示变流器交流侧母线C相电压。

5.根据权利要求2所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述功率平衡方程在不加装卸荷电路情况下表示为：

$u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d$

其中，C为直流侧稳压电容，P为变流器输入功率，e_d为交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，r为变流器开关损耗等效电阻。

6.根据权利要求5所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述功率平衡方程在加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}\·\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}\·C\frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dc}}}{\mathrm{dt}}=P-\frac{3}{2}{e}_d\·i_d-r\·i_d-\frac{{u_{\mathrm{dc}}}^2}{R}& u_{\mathrm{dc}}>u_0\end{array}\right.$

其中，R为卸荷电阻，u₀为卸荷门槛电压。

7.根据权利要求2所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述控制方程为：

i_d=k_p·(u_dc ^*-u_dc)+k_i·∫(u_dc ^*-u_dc)dt

Min≤i_d≤Max

k_p为变流器电压外环PI控制器比例增益，k_i为变流器电压外环PI控制器积分增益，u_dc ^*为直流母线电压指令，Min和Max为i_d的限制范围。

8.根据权利要求2所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述迭代格式在不加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))\\ \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n\end{array}\right.$

其中，C为直流侧稳压电容，P为变流器输入功率，e_d为交流侧母线电压在dq坐标下的d轴分量，r为变流器开关损耗等效电阻，k_p为变流器电压外环PI控制器比例增益，k_i为变流器电压外环PI控制器积分增益，u_dc ^*为直流母线电压指令，Min和Max为i_d的限制范围，T_s为仿真步长，n表示迭代总次数。

9.根据权利要求8所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述迭代格式在加装卸荷电路情况下表示为：

$\left\{\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right))/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}\≤u_0\\ u_{\mathrm{dc}}(k+1)=\frac{T_s}{C}(P\left(k\right)-\frac{3}{2}{e}_d\left(k\right)\·i_d\left(k\right)-r\·i_d\left(k\right)-\frac{u_{\mathrm{dc}}{\left(k\right)}^2}{R})/u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)+u_{\mathrm{dc}}\left(k\right)& u_{\mathrm{dc}}>u_0\\ i_d(k+1)=k_p\·({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}(k+1))+k_i\·\underset{j=1}{\overset{k+1}{\mathrm{\Σ}}}({u_{\mathrm{dc}}}^{*}-u_{\mathrm{dc}}\left(j\right))& \mathrm{Min}\≤i_d(k+1)\≤\mathrm{Max}\\ k=\mathrm{1,2}...n& \end{array}\right.$

其中，R为卸荷电阻，u₀为卸荷门槛电压。

10.根据权利要求2所述一种含变流器电力元件快速仿真建模方法，其特征在于，所述变流器输出三相电流i_abc表示为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_a\left(k\right)\\ i_b\left(k\right)\\ i_c\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\θ}}_k\right)& -\sin \left({\mathrm{\θ}}_k\right)\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \cos ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_k+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\left(k\right)\\ i_q\left(k\right)\end{array}\right]$

θ_k为第k次迭代的电网侧电压锁相环输出角度，i_a(k)表示第k次迭代的变流器输出A相电流，i_b(k)表示第k次迭代的变流器输出B相电流，i_c(k)表示第k次迭代的变流器输出C相电流。

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