【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统建模，具体涉及一种考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法和相关装置。
技术介绍
1、为了解决一次能源基地和实际负荷需求逆向分布所带来的能源消纳问题，实现大容量、远距离输电，高压直流输电技术得到了充分的发展。目前的高压直流输电主要采用电网换相型换流器(line commutated converter, lcc)及电压源型换流器(voltage sourceconverter, vsc)两类。lcc采用半控型半导体器件作为换流器的核心组成部分，存在换相失败问题，但因其技术成熟，成本相对低廉且输送容量大仍将在未来广泛运用。vsc经历了由两电平、三电平换流器至模块化多电平换流器(modular multilevel converter, mmc)的发展过程。mmc采用全控型半导体器件，在可控性、适应性及谐波水平等方面存在巨大优势。混合直流输电系统兼顾二者的优势，具有巨大优势及广阔的发展潜力和应用前景。
2、然而随着在电力电子化进程的不断深化，直流输电系统的各种不稳定问题日益突出，在现有高压直流工程中，曾发生过多起失稳振荡事件。上述问题的分析与治理依赖于建立精确的数学模型。
3、针对混合直流输电系统的建模问题，现有技术方案通常在连续型非线性时不变框架下开展，以平均的方式表征lcc及mmc的动态行为，然而，此类方法依然存在如下方面问题：
4、第一、无法考虑诸如lcc中晶闸管及mmc中子模块等电力电子器件固有的不连续开关特征。
5、第二、无法表征实际控制系
6、第三、无法揭示混合直流输电系统典型的周期时变行为。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法和相关装置，以解决现有混合直流输电系统的建模方法所存在的上述问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，包括如下步骤：
4、利用阶跃函数表示混合直流输电系统主回路和控制回路中不连续环节的动态过程；
5、利用双曲正切函数的线性组合对阶跃函数进行连续化近似，得到连续化表达的函数表达式；
6、获取整流侧、逆变侧及交直流侧网络的模块化非线性微分方程，并将模块化非线性微分方程中涉及到的不连续动态的部分采用连续化表达的函数表达式进行对应替换；
7、将各模块按照输入输出关系进行互联，得到考虑不连续特征的完整混合直流输电系统非线性数学模型。
8、进一步地，主回路中不连续环节为晶闸管，利用阶跃函数表示混合直流输电系统主回路中不连续环节的动态过程，包括：
9、采用sth表征晶闸管的开关函数，则有：
10、
11、式中，sf及si分别表示触发信号是否到来及正向电流是否小于维持电流，利用阶跃函数表示为：
12、
13、式中，为触发角，φ为同步相位，i为正向电流，ihold为维持电流；且阶跃函数h(x)表示为：
14、。
15、进一步地，控制回路中不连续环节为限幅环节和切换环节，利用阶跃函数表示混合直流输电系统控制回路中不连续环节的动态过程，包括：
16、分别利用下式表征限幅环节和切换环节的不连续特征，如下：
17、
18、
19、式中，αin/min/max分别表示定电流限幅环节的触发角输入值/输出下限值/输出上限值；udc/min/max分别表示低压限流单元输入的直流电压/直流电压下限值/直流电压上限值；iord为输出电流指令值；分别表示输出电流指令的下限/上限值；且阶跃函数h(x)表示为：
20、。
21、进一步地，利用双曲正切函数的线性组合对阶跃函数进行连续化近似，按照下式进行：
22、
23、式中，h(x)为双曲正切函数的线性组合，tanh为双曲正切函数，k为可调系数。
24、进一步地，对于整流侧主回路模块，将模块化非线性微分方程中涉及到的不连续动态的部分采用连续化表达的函数表达式进行对应替换，包括：
25、根据晶闸管开关特征确定整流侧主回路模块的端口电压/电流间微分方程数学模型，如下：
26、
27、式中，lt为变压器电感，ia/b/c为a/b/c相电流，，，和分别为j相上桥臂和下桥臂开关函数；
28、将经过双曲正切函数进行连续化近似处理的桥臂开关函数替代原桥臂开关函数和，得到整流侧主回路模块新的微分方程数学模型。
29、进一步地，对于整流侧定电流控制回路，将模块化非线性微分方程中涉及到的不连续动态的部分采用连续化表达的函数表达式进行对应替换，包括：
30、确定控制回路的微分方程数学模型，如下：
31、
32、式中，x1,dc及x2,dc为状态变量，tm及gm为一阶惯性滤波环节时间常数及比例系数，idc为整流侧直流电流，ki为比例-积分环节中积分系数，iord为电流指令值；
33、将经过双曲正切函数进行连续化近似处理的电流指令值替代原电流指令值iord；
34、基于连续化近似处理的电流指令值确定触发角α并连续近似化处理，如下：
35、
36、式中，αin/min/max分别表示定电流限幅环节的触发角输入值/输出下限值/输出上限值，h(x)为双曲正切函数的线性组合，kp为比例-积分环节中比例系数。
37、进一步地，完整混合直流输电系统非线性数学模型的表达式，如下：
38、
39、式中，x为系统状态变量，即模块化非线性微分方程中的微分量，n为系统状态变量总数；为非线性向量场。
40、第二方面，本专利技术提供了一种考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立装置，包括：
41、第一处理模块，用于利用阶跃函数表示混合直流输电系统主回路和控制回路中不连续环节的动态过程；
42、第二处理模块，用于利用双曲正切函数的线性组合对阶跃函数进行连续化近似，得到连续化表达的函数表达式；
43、第三处理模块，用于获取整流侧、逆变侧及交直流侧网络的模块化非线性微分方程，并将模块化非线性微分方程中涉及到的不连续动态的部分采用连续化表达的函数表达式进行对应替换；
44、模型建立模块，用于将各模块按照输入输出关系进行互联，得到考虑不连续特征的完整混合直流输电系统非线性数学模型。
45、第三方面，本专利技术提供了一种计算机设备，设备包括处理器以及存储器：
46、存储器用于存储计算机程序，并将计算机程序的指令发送至处理器；
47、处理器根据计算机程序的指令执行如第一方面的一种考虑不连续本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，主回路中不连续环节为晶闸管，利用阶跃函数表示混合直流输电系统主回路中不连续环节的动态过程，包括：
3.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，控制回路中不连续环节为限幅环节和切换环节，利用阶跃函数表示混合直流输电系统控制回路中不连续环节的动态过程，包括：
4.根据权利要求2或3所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，利用双曲正切函数的线性组合对所述阶跃函数进行连续化近似，按照下式进行：
5.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，对于整流侧主回路模块，将所述模块化非线性微分方程中涉及到的不连续动态的部分采用连续化表达的所述函数表达式进行对应替换，包括：
6.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数
7.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，所述完整混合直流输电系统非线性数学模型的表达式，如下：
8.考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立装置，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法。
...【技术特征摘要】
1.考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，主回路中不连续环节为晶闸管，利用阶跃函数表示混合直流输电系统主回路中不连续环节的动态过程，包括：
3.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，控制回路中不连续环节为限幅环节和切换环节，利用阶跃函数表示混合直流输电系统控制回路中不连续环节的动态过程，包括：
4.根据权利要求2或3所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，利用双曲正切函数的线性组合对所述阶跃函数进行连续化近似，按照下式进行：
5.根据权利要求1所述的考虑不连续特征的混合直流输电系统非线性数学模型建立方法，其特征在于，对于整流侧主回路模块，将所述模块化非线性微分方程中涉及到的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘岳坤，傅闯，汪娟娟，李欢，马俊亭，辛清明，叶柏贤，王泽昊，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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