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基于虚拟阻抗补偿的PMSG恒导纳建模方法

中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2362-2373,I0024页

作者：史一博刘崇茹新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

永磁直驱风力发电系统结构复杂、节点数多,在进行电磁暂态实时仿真时,若采用传统建模方法会因系统导纳矩阵计算过于复杂导致仿真规模严重受限。该文提出一种基于虚拟阻抗补偿的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,P... 详细信息

永磁直驱风力发电系统结构复杂、节点数多,在进行电磁暂态实时仿真时,若采用传统建模方法会因系统导纳矩阵计算过于复杂导致仿真规模严重受限。该文提出一种基于虚拟阻抗补偿的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)恒导纳建模方法,该方法基于传统发电机模型,通过在转子上补偿虚拟阻抗的方式使发电机导纳矩阵固定,并以暂态误差最小为目标,对阻抗参数进行优化设计;再通过结合换流器的伴随离散电路模型,可建立PMSG完整恒导纳模型并进行电磁暂态仿真,能够节省大量的计算资源。仿真试验证明,该模型具有较高的仿真精度,并且可以用于FPGA等离散化硬件仿真平台上,具有良好的适用性。

关键词：恒导纳模型虚拟阻抗补偿永磁同步电机

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基于交叉初始化的换流器参数化恒导纳模型

中国电机工程学报 2021年第10期41卷 3518-3527页

作者：曹阳顾伟柳伟曹戈楼冠男邹德虎东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 南京理工大学自动化学院江苏省南京市210094

电力系统小步长仿真中,电力电子换流器常采用基于电感电容等效的恒导纳模型,存在参数不易设置、虚拟功率损耗高、模型特性与理想模型差距大等问题。鉴于此,文中提出一种基于交叉初始化的换流器参数化恒导纳模型。在换流器两种不同运行... 详细信息

电力系统小步长仿真中,电力电子换流器常采用基于电感电容等效的恒导纳模型,存在参数不易设置、虚拟功率损耗高、模型特性与理想模型差距大等问题。鉴于此,文中提出一种基于交叉初始化的换流器参数化恒导纳模型。在换流器两种不同运行状态下,开关采用含参数历史电流源的恒导纳模型,模型的稳态特性和暂态收敛特性由历史电流源参数决定,实现了参数设置与外电路解耦。同时通过交叉初始化方法,即状态切换时同桥臂开关相互初始化,减小了状态切换误差初值,解决了模型的虚拟功率损耗问题。仿真结果表明,本模型具有与传统恒导纳模型相同的计算效率和更高的精度,其运行特性更接近理想开关模型。

关键词：换流器小步长仿真恒导纳模型电力电子开关虚拟功率损耗

基于参数化恒导纳方法的多逆变器仿真建模与优化

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电力系统自动化 2023年第1期47卷 162-171页

作者：楼冠男蒋啸宇顾伟张靖曹阳李珂东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

电磁暂态仿真中,恒导纳模型因仿真效率高而被广泛应用,其衍生的参数化恒导纳模型可通过参数配置提升暂态性能,在单逆变器仿真中具有良好的效果。但参数化恒导纳模型在应用于多逆变器系统时,由于耦合,仿真参数的可行域会发生变化,进而影... 详细信息

电磁暂态仿真中,恒导纳模型因仿真效率高而被广泛应用,其衍生的参数化恒导纳模型可通过参数配置提升暂态性能,在单逆变器仿真中具有良好的效果。但参数化恒导纳模型在应用于多逆变器系统时,由于耦合,仿真参数的可行域会发生变化,进而影响系统的暂态性能甚至导致失稳。针对上述问题,从系统稳定性与暂态性能两方面出发,提出了基于快速遗传算法的参数调节策略,以收敛速度、波动大小、耦合程度的多目标对逆变器进行参数优化,并运用交叉初始化方法进行结构优化,避免了仿真系统的失稳问题并进一步改善了暂态性能。最后,通过算例验证了该多逆变器系统仿真模型在高效率的前提下,具有自适应的参数调节能力,且仿真精度优于传统恒导纳方法。

关键词：电磁暂态仿真恒导纳模型多逆变器系统稳定性暂态性能快速遗传算法交叉初始化

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基于负电阻补偿的VSC恒导纳建模方法

中国电机工程学报 2022年第19期42卷 6985-6994页

作者：侯延琦刘崇茹郑乐辛蜀骏蔡晖新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 国网经济技术研究院有限公司北京市昌平区102209 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院江苏省南京市210008

电力电子器件恒导纳建模是实现电压源型换流器小步长实时仿真的关键技术,伴随离散电路(associated discrete circuit,ADC)是目前最为广泛使用的电力电子器件恒导纳模型。针对ADC模型的虚拟功率损耗问题,该文提出一种基于负电阻补偿的开... 详细信息

电力电子器件恒导纳建模是实现电压源型换流器小步长实时仿真的关键技术,伴随离散电路(associated discrete circuit,ADC)是目前最为广泛使用的电力电子器件恒导纳模型。针对ADC模型的虚拟功率损耗问题,该文提出一种基于负电阻补偿的开关器件恒导纳建模方法,该方法基于传统ADC模型,采用后退欧拉积分算法对模型进行离散化处理,通过在导通支路串联负电阻以补偿由ADC模型储能造成的虚拟功率损耗。基于三相两电平电压源型换流器拓扑,从最小化虚拟功率损耗和维持切换系统稳定的角度出发,提出所提模型的最优参数设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件进行仿真实验,实验结果表明,所提模型能够显著降低稳态下换流器的虚拟功率损耗,并提高暂态工况下的仿真精度。

关键词：小步长实时仿真恒导纳模型伴随离散电路负电阻补偿

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基于FPGA的永磁直驱风电机组建模研究

基于FPGA的永磁直驱风电机组建模研究

作者：史一博华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着双碳目标的提出,新能源风力发电进入快速的发展建设阶段。对发电机进行仿真建模是研究风力发电的必要手段,然而目前硬件平台的永磁直驱风机模型不够完整,不方便硬件调试。此外现场可编辑逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,F... 详细信息

随着双碳目标的提出,新能源风力发电进入快速的发展建设阶段。对发电机进行仿真建模是研究风力发电的必要手段,然而目前硬件平台的永磁直驱风机模型不够完整,不方便硬件调试。此外现场可编辑逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)具有硬件并行化和高度流水线工作的特点,在电磁暂态仿真时优势很大。因此本文以FPGA为基础,研究了如何在FPGA平台下搭建永磁直驱风力发电机的精细化电磁暂态模型,论文的主要工作如下:(1)在FPGA环境下搭建了永磁直驱发电机的数学模型,FPGA的顶层设计下分别为电路系统和控制系统,二者成系统级并行。电路系统包括风力机、永磁同步发电机、换流器、LC电路、电网等模块,根据模块之间的相互串并行关系组成三级并行计算逻辑,分别用于计算子系统输入、计算诺顿等效参数、计算节点电压并更新电路。控制系统包括换流器机侧及网侧控制,与电路系统成解耦并行计算。(2)提出了一种基于虚拟阻抗补偿的永磁同步发电机恒导纳建模方法,该方法基于传统发电机模型,通过在转子上补偿虚拟阻抗的方式使发电机导纳矩阵恒定。补偿虚拟阻抗令发电机模型阶数上升,相当于添加了一个阻尼绕组。通过该方法消除发电机部分导纳矩阵的时变量,令完整模型的十四阶导纳矩阵恒定。避免了仿真计算时每个步长高阶矩阵求逆问题,只需要在仿真开始之前进行预处理,步长计算时直接调用即可,可以极大减少板卡资源占用量,减少步长仿真时间。(3)在(2)提出的恒导纳模型和(1)搭建的PMSG模型的基础上,以恒导纳发电机模型替换常规的PD模型,使完整永磁直驱发电机导纳矩阵恒定,避免了FPGA高阶矩阵求逆的困难,只需要在仿真开始前预处理即可,能节省大量的仿真资源。通过对单机接负载模型的仿真结果对照分析,证明了所提出的发电机虚拟阻抗补偿模型在保持导纳矩阵恒定的基础上还兼顾了较高的仿真精度。通过对完整永磁直驱发电机的仿真结果对照分析,验证了 FPGA平台下的完整永磁直驱发电机恒导纳模型的仿真精度,可用于PMSG电磁暂态仿真。

关键词：永磁直驱发电机电磁暂态仿真恒导纳模型 FPGA