CN112510746A - 基于相分量的mmc-hvdc机电暂态仿真方法及系统 - Google Patents

基于相分量的mmc-hvdc机电暂态仿真方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于相分量的MMC‑HVDC机电暂态仿真方法及系统，方法包括：获得MMC‑HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相。根据各相分量进行建模，简化电网的代数方程与MMC换流器之间的数据接口和交换提高了响应速度。

Description

基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及系统。
背景技术
随着中国直流输电和新能源快速发展，大量的电力电子设备接入电网，电力系统交直流混联的现象也愈发普遍，这对于电力系统的仿真技术提出了更高的要求。目前对于交直流混联系统的仿真，一般集中在电磁暂态仿真方面。电磁暂态仿真精度高，能够反映换流器开关动作，但是其受制于仿真步长小，大规模的交直流混联电网仿真速度慢。而机电暂态仿真作为传统的电力系统稳定分析工具，具有计算规模大、仿真速度快的特点。随着高比例电力电子设备的引入，需要研究交直流混联系统下机电暂态的建模与仿真问题。
目前对于机电暂态仿真中已有的技术方式改进主要分为两个方面，一方面是对于系统一次侧进行改进化简，另一方面着重于控制系统模型的改进和化简。
联合仿真模型，对直流系统进行时变动态相量建模，对除去直流系统部分建立机电暂态模型。但是该仿真方法一方面在对故障仿真时会变的尤为复杂且在三相不对称故障仿真中误差较大，另一方面在仿真过程中需要数据接口，增加了模型的复杂性和计算量。
基于时变动态相量的MMC(modularmulti-level converter，模块化多电平换流器)机电暂态仿真模型，在dq坐标系下研究了换流器在不对称故障下的仿真问题，但是上述文献所建立的机电暂态仿真模型无法对于同时含有LCC-HVDC(line commutatedconverterhighvoltage direct current高压直流换流器)和VSC-HVDC(voltage sourcedconverterhighvoltage direct current基于电压源换流器的高压直流)系统进行仿真。
传统的间接控制模型，常由外环控制和内环控制组成，电流动态响应快且具有优异的限流能力。控制系统的传统模型为通过PI环节实现在dq坐标系下有功类控制和无功类控制的解耦，但是这种控制方式需要添加补偿来抵消耦合项和电网电压的影响，增加了复杂性且降低了鲁棒性。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及系统，提高了响应速度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，所述方法包括：
获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；
基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量；
将控制量输入外环控制器，获得电流参考值；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流；
将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1；
根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
可选地，所述获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流，具体包括：
对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
可选地，所述方法还包括：根据移相后的所述PCC点电压、所述换流器出口的电压和所述换流器出口的电流建立MMC-HVDC交流侧系统模型，所述MMC-HVDC交流侧系统模型表示为：
Figure BDA0002789130340000031
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流的虚部分量。
可选地，所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure BDA0002789130340000032
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
可选地，所述方法还包括：根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型；
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程；
所述串联支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000033
所述对地电容支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000041
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000042
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000043
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量。
本发明还公开了一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，所述系统包括：
交流侧数据获取模块，用于获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；
移相模块，用于基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量；
外环控制模块，用于将所述控制量的相分量输入外环控制器，获得电流参考值；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流；
内环控制模块，用于将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1；
直流侧模型建立模块，用于根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
可选地，所述交流侧数据获取模块，具体包括：
交流侧数据获取单元，用于对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
可选地，所述系统还包括交流侧系统模型建立模块，用于根据移相后的所述PCC点电压、所述换流器出口的电压和所述换流器出口的电流建立MMC-HVDC交流侧系统模型；
所述MMC-HVDC交流侧系统模型表示为：
Figure BDA0002789130340000051
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流的虚部分量。
可选地，所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure BDA0002789130340000052
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
可选地，所述系统还包括：
直流线路模型建立模块，用于根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型；
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程；
所述串联支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000061
所述对地电容支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000062
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000063
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000064
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及系统，通过对PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流进行移相，并获取移相后的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流的相分量，根据各相分量进行建模，简化电网的代数方程与MMC换流器之间的数据接口和交换；
保留外环控制器，而将内环控制器的传递函数看做为1，简化电流内环控制，进一步提高响应速度；
将相分量引入移相环节，简化了锁相环节，直接进行实轴和虚轴的解耦控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法流程示意图；
图2为本发明一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统结构示意图；
图3为本发明MMC-HVDC交流侧等效电路；
图4为本发明外环控制系统图；
图5为本发明简化后的含内环控制的换流器系统结构图；
图6为本发明基于相分量模型的含内环控制的换流器系统结构图
图7为本发明MMC-HVDC机电暂态模型；
图8为本发明MMC-HVDC直流侧等效电路；
图9为本发明MMC-HVDC直流侧线路模型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法及系统，提高了响应速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法流程示意图，如图1所示，一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法包括：
步骤101：获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
其中，步骤101具体包括：对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧PCC点(Point ofCommon Coupling公共连接点)电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
步骤102：基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量，实现上述各相分量的解耦。
步骤103：将控制量输入外环控制器，获得电流参考值IReref和IImref；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流。其中IReref为电流参考值参考值的实部，IImref为电流参考值参考值的虚实部，外环控制器的结构如图4所示。外环控制器通过闭环PI控制器获得电流指令IReref和IImref，Kp和Ki分别为PI控制环节中的参数，Kp为比例环节参数，Ki为积分环节参数。
该方法还包括：根据移相后的所述公共连接点电压Ut、所述换流器出口的电压Uc和所述换流器出口的电流Ic建立MMC-HVDC交流侧系统模型。
由图3可列写出MMC-HVDC交流侧系统模型方程，将方程中各物理量采用相分量表示，为书写方便省去相分量里的时间变量，则A相的交流侧系统模型表示为：
Figure BDA0002789130340000081
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压Ut的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压Ut的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压Uc的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压Uc的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流Ic的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流Ic的虚部分量。需要指出的是，各电气量的实部和虚部是以PCC点Ut相位作为参考相位的结果。
图3中交流电网输出的电压表示为
Figure BDA0002789130340000082
usRe和jusIm分别表示
Figure BDA0002789130340000083
的实部和虚部；变压器出口电压表示为
Figure BDA0002789130340000084
utRe和jutIm分别表示
Figure BDA0002789130340000085
的实部和虚部；变压器出口电流表示为
Figure BDA0002789130340000086
itRe和jitIm分别表示
Figure BDA0002789130340000087
的实部和虚部；换流器出口电压表示为
Figure BDA0002789130340000088
ucRe和jucIm分别表示
Figure BDA0002789130340000089
的实部和虚部；变压器出口电流表示为
Figure BDA00027891303400000810
icRe和jicIm分别表示
Figure BDA00027891303400000811
的实部和虚部。
步骤104：将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1。内环控制器结构如图5所示，内环控制器可获得实部、虚部电流独立解耦的内环电流。
本实施例中，对经典双闭环控制系统的内环设计进行改进和简化，得到适用于本发明换流器模型的内环控制系统，保留外环控制，而将内环控制的传递函数看做为1，此时其电流控制环节的结构简化为图6所示。
根据步骤102-104，给出基于相分量的MMC-HVDC机电暂态模型，如图7所示，根据内环控制方程和MMC模型计算输出电流(交流侧电流)IRe和IIm。IRe为交流侧电流的实部和IIm为交流侧电流的虚部。图7中，Rs表示交流电网等效电阻，Ls表示交流电网等效电感。
步骤105：根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
其中，步骤105具体包括：建立换流器直流侧模型如图8，在直流侧并联等效电容Cd，等效集中电容和分散电容的关系为：
Figure BDA0002789130340000091
Figure BDA0002789130340000092
其中，ud表示直流侧并联等效电容Cd两端的直流电压，Δu表示直流电压ud变化量，C0为MMC桥臂上每个子模块电容；N为每一桥臂子模块数量；Cd为等效模型直流侧的等效集中电容。
所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量IRe和虚部分量IIm建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure BDA0002789130340000093
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压，简称MMC-HVDC直流侧电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
所述方法还包括：根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型。基于相分量的直流线路模型如图9所示。
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程。
所述串联支路方程(以i节点为例)表示为：
Figure BDA0002789130340000101
所述对地电容支路方程(以i节点为例)表示为：
Figure BDA0002789130340000102
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000103
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000104
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量，j表示j节点，
Figure BDA0002789130340000105
为对地电容支路电流的实部和虚部。
对上述方程进行差分化，差分化后的方程为：
Figure BDA0002789130340000106
Figure BDA0002789130340000107
建模时将MMC换流器直流侧电容Cd并入直流网络，直流线路模型的微分方程为：
Figure BDA0002789130340000111
IcRe、IcIm为MMC支路并入直流侧时电流的实部和虚部。
直流线路模型的差分方程为：
Figure BDA0002789130340000112
本发明的技术效果如下：
(1)简化换流器系统方程与电网代数方程之间的数据交换和接口
电磁暂态仿真中，MMC换流器的一次系统和控制系统，一般需要转换到dq0坐标系下进行建模。实际上，当三相对称时，只用考虑dq坐标系。此时，系统变量和控制量都可以看作是dq旋转坐标系下的一个复数矢量。而机电暂态仿真中，电网采用相量形式的代数方程。相量本身是一个具有旋转特性的复数矢量。因此，如果对MMC换流器的一次系统和控制系统都基于电网的相分量分别进行建模，则将会极大简化电网的代数方程与MMC换流器之间的数据接口和交换，即可简化MMC换流器的机电暂态仿真模型。
(2)简化电流内环控制
根据MMC双环控制设计原则，内环电流控制环节的截止频率为开关频率的1/10，而外环控制器的截止频率又为内环的1/10。由于机电暂态仿真步长相对于电磁暂态仿真步长要大得多，可认为电流控制环节的响应时间相对于仿真步长来说足够快，因此，保留外环控制，而将内环的传递函数看做为1，简化电流内环控制，进一步提高响应速度。
(3)简化锁相环节，实现了实轴和虚轴的解耦控制
对于MMC的控制系统，通过将相分量引入移相环节，简化了锁相环节，直接进行实轴和虚轴的解耦控制。
由于采取的是相分量的一次系统建模，因此MMC机电暂态模型的外环控制器可类似于MMC的电磁暂态仿真模型。根据外环输入控制量的性质，同样可分为有功功率类控制(有功功率、直流电压)和无功功率类控制(无功功率、交流电压)。与电磁暂态仿真不同的是，由于相分量已经提供了相位信息，因此在MMC的机电暂态的控制系统中，可以不包括锁相，而是用一个简单的移相环节来代替。通过移相，将PCC点的Ut的相位作为参考相位，从而实现控制量实部和虚部的解耦，同时可代替park变换。
下面以具体实施例说明本发明的技术方案。
具体步骤阐述如下：
Step1：对交流系统进行潮流计算，得到MMC-HVDC交流侧PCC点(公共连接点)、变压器出口和换流器出口电压和电流，基于相分量原理进行移相后得到UtRe、UtIm、UcRe、UcIm、IcRe、IcIm。
Step2：建立基于相分量的MMC换流器交流侧模型，代入Step1中采集的PCC点、变压器出口和换流器出口电压和电流数据UtRe、UtIm、UcRe、UcIm、IcRe、IcIm计算；
由图3可列写出交流侧系统模型方程。方程中各物理量采用相分量表示，为书写方便省去相分量里的时间变量，A相的交流侧相分量动态方程如下：
Figure BDA0002789130340000121
其中，Ut为PCC点相电压；Uc为换流器出口电压；UtRe、UtIm、UcRe、UcIm、IcRe、IcIm分别为Ut、Uc、It的实部和虚部分量。需要指出的是，各电气量的实部和虚部是以PCC点Ut相位作为参考相位的结果。
Step3：结合Step2，对经典双闭环控制系统的外环设计进行改进和简化，得到适用于本发明换流器模型的外环控制系统。
通过移相，将PCC点的Ut的相位作为参考相位，从而实现控制量实部和虚部的解耦，此时外环控制器结构如图4所示。根据Step1中的在变压器出口取到的电压和电流相分量UtRe、UtIm、ItRe、ItIm，根据外环控制环节计算内环控制环节电流参考值IReref和IImref。
Step4：根据Step3，对经典双闭环控制系统的内环设计进行改进和简化，得到适用于本发明换流器模型的内环控制系统。设计可实现实部、虚部电流独立解耦的内环电流如图5。保留外环控制，而将内环的传递函数看做为1，此时其电流控制环节的结构简化为图6所示。
根据Step2、3、4，给出基于相分量的MMC换流器机电暂态模型，如图7所示，根据内环控制方程和MMC模型计算输出电流IRe和IIm。
Step5：建立基于相分量的MMC换流器直流侧模型
建立换流器直流侧模型如图8，在直流侧并联等效电容Cd，等效集中电容和分散电容的关系为：
Figure BDA0002789130340000131
Figure BDA0002789130340000132
其中，C0为MMC桥臂上每个子模块电容；N为每一桥臂子模块数量；Cd为等效模型直流侧的等效集中电容。
根据Step4求得的输出电流IRe和IIm求得直流侧电流Id为：
Figure BDA0002789130340000133
其中：Udc为直流侧正负极母线间电压；URe、UIm为换流器交流侧电压的实部和虚部；IRe、IIm为换流器交流侧电流的实部和虚部。
Step6：建立基于相分量的直流线路模型如图9，代入Step6计算的直流电压Udc和电流Id。
建立线路模型方程，并将方程中物理量的实部和虚部分别列写，串联支路方程和对地电容支路方程(以i节点为例)如下：
Figure BDA0002789130340000141
Figure BDA0002789130340000142
对上述方程进行差分化，差分化后的方程为：
Figure BDA0002789130340000143
Figure BDA0002789130340000144
建模时将MMC换流器直流侧电容Cd并入直流网络，其微分与差分方程分别为：
Figure BDA0002789130340000151
Figure BDA0002789130340000152
本发明实施例中，基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，包括PCC点处电压和电流相分量的计算、根据外环控制环节计算内环控制环节电流参考值IReref和IImref、根据内环控制方程和MMC模型计算输出电流IRe和IIm、根据直流线路模型计算直流线路电压和电流、根据仿真是否结束选择进行下一步计算还是输出仿真结果。
Step1：输入交流系统、MMC换流器及直流线路相关参数。
Step2：对交流系统进行潮流计算，得到双端MMC-HVDC两侧PCC点处电压和电流，基于相分量原理进行移相后得到UtRe、UtIm和ItRe、ItIm。
Step3：根据MMC控制方式要求，将PCC点处相关变量输入外环控制环节模型，计算内环控制环节输入量IReref和IImref。
Step4：计算内环控制环节和MMC模型的输出IRe和IIm。
Step5：根据直流线路模型计算直流线路电压Udc和电流Idc。
Step6：仿真结束，输入仿真结果。否则更新PCC点处电压和电流后进行下一步长计算。
以上为本发明的最佳实施例的模型建立过程，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
如图2所示，本发明还提供了一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，所述系统包括：
交流侧数据获取模块201，用于获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；
移相模块202，用于基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量；
外环控制模块203，用于将所述控制量的相分量输入外环控制器，获得电流参考值；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流；
内环控制模块204，用于将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1；
直流侧模型建立模块205，用于根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
所述交流侧数据获取模块201，具体包括：
交流侧数据获取单元，用于对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
所述系统还包括交流侧系统模型建立模块，用于根据移相后的所述PCC点电压、所述换流器出口的电压和所述换流器出口的电流建立MMC-HVDC交流侧系统模型；
所述MMC-HVDC交流侧系统模型表示为：
Figure BDA0002789130340000171
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流的虚部分量。
所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure BDA0002789130340000172
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
所述系统还包括：
直流线路模型建立模块，用于根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型；
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程；
所述串联支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000173
所述对地电容支路方程表示为：
Figure BDA0002789130340000181
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000182
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure BDA0002789130340000183
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；
基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量；
将控制量输入外环控制器，获得电流参考值；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流；
将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1；
根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
2.根据权利要求1所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流，具体包括：
对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
3.根据权利要求1所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：根据移相后的所述PCC点电压、所述换流器出口的电压和所述换流器出口的电流建立MMC-HVDC交流侧系统模型，所述MMC-HVDC交流侧系统模型表示为：
Figure FDA0002789130330000021
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流的虚部分量。
4.根据权利要求1所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure FDA0002789130330000022
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
5.根据权利要求4所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型；
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程；
所述串联支路方程表示为：
Figure FDA0002789130330000023
所述对地电容支路方程表示为：
Figure FDA0002789130330000031
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure FDA0002789130330000032
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure FDA0002789130330000033
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量。
6.一种基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
交流侧数据获取模块，用于获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流；
移相模块，用于基于相分量原理，对所述PCC点电压、所述PCC点电流、所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流进行移相，获得所述PCC点电压的相分量、所述PCC点电流的相分量、所述变压器出口电压的相分量、所述变压器出口电流的相分量、所述换流器出口电压的相分量和所述换流器出口电流的相分量；
外环控制模块，用于将所述控制量的相分量输入外环控制器，获得电流参考值；所述控制量包括移相后的所述变压器出口电压、所述变压器出口电流、所述换流器出口电压和所述换流器出口电流；
内环控制模块，用于将所述电流参考值输入内环控制器，获得MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量；所述内环控制器的传递函数为1；
直流侧模型建立模块，用于根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型。
7.根据权利要求6所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，其特征在于，所述交流侧数据获取模块，具体包括：
交流侧数据获取单元，用于对交流系统进行潮流计算，获得MMC-HVDC交流侧的PCC点电压、PCC点电流、变压器出口电压、变压器出口电流、换流器出口电压和换流器出口电流。
8.根据权利要求6所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，其特征在于，所述系统还包括交流侧系统模型建立模块，用于根据移相后的所述PCC点电压、所述换流器出口的电压和所述换流器出口的电流建立MMC-HVDC交流侧系统模型；
所述MMC-HVDC交流侧系统模型表示为：
Figure FDA0002789130330000041
其中，UtRe为移相后所述PCC点电压的实部分量，UtIm为移相后所述PCC点电压的虚部分量、UcRe为移相后所述换流器出口电压的实部分量，UcIm为移相后所述换流器出口电压的虚部分量，IcRe为移相后所述换流器出口电流的实部分量、IcIm为移相后所述换流器出口电流的虚部分量。
9.根据权利要求6所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，其特征在于，所述根据MMC-HVDC交流侧电流的实部分量和虚部分量建立基于相分量的MMC-HVDC直流侧模型；所述MMC-HVDC直流侧模型为：
Figure FDA0002789130330000042
其中：Udc为MMC-HVDC直流侧正负极母线间电压；URe为MMC-HVDC交流侧电压的实部分量、UIm为MMC-HVDC交流侧电压的虚部分量；IRe为MMC-HVDC交流侧电流的实部分量、IIm为MMC-HVDC交流侧电流的虚部分量，Id为MMC-HVDC直流侧电流。
10.根据权利要求9所述的基于相分量的MMC-HVDC机电暂态仿真系统，其特征在于，所述系统还包括：
直流线路模型建立模块，用于根据MMC-HVDC直流侧电流和MMC-HVDC直流侧电压建立基于相分量的直流线路模型；
所述直流线路模型包括串联支路方程和对地电容支路方程；
所述串联支路方程表示为：
Figure FDA0002789130330000051
所述对地电容支路方程表示为：
Figure FDA0002789130330000052
其中，Rl为直流线路等效电阻，Ll为直流线路等效电感，Cl为直流线路等效电容；IRe、IIm分别为直流线路上电流的实部分量和虚部分量；
Figure FDA0002789130330000053
分别为直流线路上i节点电压的实部分量和虚部分量；
Figure FDA0002789130330000054
分别为直流线路上j节点电压的实部分量和虚部分量。
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