高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法

安峰; 崔彬; 白睿航; 许建中; 赵彪; 宋强

doi:10.7500/AEPS20200708004

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高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法
- Modular Discrete Decoupling Equivalent Modeling Method for High-voltage Large-capacity DC Transformer
- 电力系统自动化-方正平台 2021年45卷第7期页码：79-86
- 作者机构：
  
  1.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  2.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  安峰(1994—)，男，博士研究生，主要研究方向：高压大容量直流变压器。E-mail：anfengswjtu@163.com
  崔彬(1987—)，男，博士，现在博士后工作站进行研究，主要研究方向：柔性输配电系统、直流变压器。E-mail：cuibin_thu@163.com
  白睿航(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：柔性直流输电系统及设备、新型功率半导体器件。E-mail：bairuihang@qq.com
  赵彪(1987—)，男，通信作者，副教授，博士生导师，主要研究方向：柔性输配电系统、直流变压器。E-mail：zhaobiao@tsinghua.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(XT71-18-030)
- DOI：10.7500/AEPS20200708004
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-07-08，
  
  修回日期：2020-11-03，
  
  网络出版日期：2021-01-31，
  
  纸质出版日期：2021-04-10
- 稿件说明：
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安峰,崔彬,白睿航等.高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法[J].电力系统自动化,2021,45(7):79-86.

AN Feng,CUI Bin,BAI Ruihang,et al.Modular Discrete Decoupling Equivalent Modeling Method for High-voltage Large-capacity DC Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(7):79-86.
安峰,崔彬,白睿航等.高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法[J].电力系统自动化,2021,45(7):79-86. DOI： 10.7500/AEPS20200708004.

AN Feng,CUI Bin,BAI Ruihang,et al.Modular Discrete Decoupling Equivalent Modeling Method for High-voltage Large-capacity DC Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(7):79-86. DOI： 10.7500/AEPS20200708004.

摘要

高压大容量直流变压器是直流电网的重要设备，在可再生能源汇集与直流系统互联等能量变换环节中具有关键作用。为了在降低建模复杂度的同时保留详细模型的所有电气特性，文中提出了一种模块化离散解耦等效建模方法，以实现高压大容量直流变压器的快速电磁暂态仿真分析。该方法通过引入受控源传递二次信息以实现直流变压器子模块外部端口与内部端口的离散解耦，从而将系统中的高维度节点导纳矩阵转换为多个低维度的子系统进行同时求解以实现仿真提速。所提出的等效模型不仅建模方法简单且保留了详细模型所有电气特性，同时可以准确地仿真直流变压器系统的暂态、稳态特性及一些特殊的运行工况，包括：预充电、直流短路故障及传输功率反转等，并显著地缩短了仿真时间、提高了仿真效率。最后，通过PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提出的建模方法的正确性与有效性。

Abstract

The high-voltage large-capacity DC transformer (DCT) is important equipment of the DC grid and plays a key role in renewable energy collection and DC system interconnection. In order to realize fast electromagnetic transient simulation analysis of the DCT on the premise of reducing modelling complexity and keeping all electrical characteristics of the detailed model

a modular discrete decoupling equivalent modeling method is proposed in this paper. In this method

the controlled source is introduced to transfer the secondary information so as to realize the discrete decoupling between the external port and the internal port in the sub-modules of the DCT. Thus

the high-dimensional admittance matrix of the system is divided into the low dimensional matrices which can be solved simultaneously to speed up the simulation. The proposed equivalent model not only has a simple modeling process

but also retains all the electrical characteristics of the detailed model. At the same time

it can accurately simulate the transient and steady-state characteristics of the DCT system

as well as some special operation conditions

including pre-charging

DC short-circuit faults and power reversals. It also significantly reduces the simulation time and improves the simulation efficiency. Finally

the correctness and effectiveness of the proposed modelling method are verified by PSCAD/EMTDC simulation analysis.

关键词

Keywords

references

汤广福，罗湘，魏晓光 . 多端直流输电与直流电网技术［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

TANG Guangfu ， LUO Xiang ， WEI Xiaoguang . Multi-terminal HVDC and DC-grid technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

康重庆，姚良忠 . 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

KANG Chongqing ， YAO Liangzhong . Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 1 - 11 .

姚良忠，吴婧，王志冰，等 . 未来高压直流电网发展形态分析［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6007 - 6020 .

YAO Liangzhong ， WU Jing ， WANG Zhibing ， et al . Pattern analysis of future HVDC grid development ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6007 - 6020 .

李庚银，吕鹏飞，李广凯，等 . 轻型高压直流输电技术的发展与展望［J］. 电力系统自动化， 2003 ， 27 （ 4 ）： 77 - 81 .

LI Gengyin ， LÜ Pengfei ， LI Guangkai ， et al . Development and prospects for HVDC light ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2003 ， 27 （ 4 ）： 77 - 81 .

RODRIGUEZ M ， STAHL G ， CORRADINI L ， et al . Smart DC power management system based on software-configurable power modules ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 1571 - 1586 .

赵彪，赵宇明，王一振，等 . 基于柔性中压直流配电的能源互联网系统［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4843 - 4851 .

ZHAO Biao ， ZHAO Yuming ， WANG Yizhen ， et al . Energy Internet based on flexible medium-voltage DC distribution ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 19 ）： 4843 - 4851 .

YARAMASU V ， WU B ， SEN P C ， et al . High-power wind energy conversion systems： state-of-the-art and emerging technologies ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2015 ， 103 （ 5 ）： 740 - 788 .

STRUNZ K ， CARLSON E . Nested fast and simultaneous solution for time-domain simulation of integrative power-electric and electronic systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2007 ， 22 （ 1 ）： 277 - 287 .

SAAD H ， DENNETIERE S ， MAHSEREDJIAN J ， et al . Modular multilevel converter models for electromagnetic transients ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 3 ）： 1481 - 1489 .

李亚楼，孙谦浩，孟经伟，等 . 多样性子模块混合型MMC统一外特性高效电磁暂态模型［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 138 - 145 .

LI Yalou ， SUN Qianhao ， MENG Jingwei ， et al . Unified terminal and highly efficient electromagnetic transient model of hybrid modular multilevel converter with various sub-modules ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 138 - 145 .

孙谦浩，李亚楼，宋强，等 . 基于桥臂基波平均开关函数的MMC模型在直流电网仿真中的应用［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 8 ）： 24 - 30 .

SUN Qianhao ， LI Yalou ， SONG Qiang ， et al . Application of MMC model based on arm fundamental wave average switching function in DC grid simulation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 8 ）： 24 - 30 .

刘崇茹，洪国巍 . 基于PSCAD的大规模钳位双子模块-模块化多电平换流器高效仿真建模方法［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 2 ）： 113 - 119 .

LIU Chongru ， HONG Guowei . Efficient modeling and simulation method of large-scale modular multilevel converter based on clamp double sub-module in PSCAD ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 113 - 119 .

何冰松，李松，周治国，等 . 模块化多电平换流器实时仿真的快速实现方法［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2165 - 2172 .

HE Bingsong ， LI Song ， ZHOU Zhiguo ， et al . Fast realization method for real-time simulation of modular multilevel converter ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 7 ）： 2165 - 2172 .

Manitoba Research Center . PSCAD X4 user’s guide ［EB/OL］. ［ 2012-10-24 ］． https：//www.pscad.com/knowledge-base/download/pscad_user_guide_v4_3_1.pdf https://www.pscad.com/knowledge-base/download/pscad_user_guide_v4_3_1.pdf .

TEEUWSEN S P . Simplified dynamic model of a voltage-sourced converter with modular multilevel converter design ［C］// 2009 IEEE/PES Power Systems Conference and Exposition ， March 15 ， 2009 ， Seattle ， USA： 1 - 6 .

XU J ， GOLE A M ， ZHAO C . The use of averaged-value model of modular multilevel converter in DC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 519 - 528 .

GNANARATHNA U N ， GOLE A M ， JAYASINGHE R P . Efficient modeling of modular multilevel HVDC converters （MMC） on electromagnetic transient simulation programs ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2011 ， 26 （ 1 ）： 316 - 324 .

XU Jianzhong ， ZHAO Yuchen ， ZHAO Chengyong ， et al . Unified high-speed EMT equivalent and implementation method of MMCs with single-port submodules ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 42 - 52 .

XU Jianzhong ， FAN Shengtao ， ZHAO Chengyong ， et al . High-speed EMT modeling of MMCs with arbitrary multiport submodule structures using generalized norton equivalents ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 3 ）： 1299 - 1307 .

许建中，赵成勇，刘文静 . 超大规模MMC电磁暂态仿真提速模型［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 114 - 120 .

XU Jianzhong ， ZHAO Chengyong ， LIU Wenjing . Accelerated model of ultra-large scale MMC in electromagnetic transient simulations ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 114 - 120 .

许建中，李承昱，熊岩，等 . 模块化多电平换流器高效建模方法研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3381 - 3392 .

XU Jianzhong ， LI Chengyu ， XIONG Yan ， et al . A review of efficient modeling methods for modular multilevel converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 13 ）： 3381 - 3392 .

QIN Hengsi ， KIMBALL J W . Generalized average modeling of dual active bridge DC-DC converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2012 ， 27 （ 4 ）： 2078 - 2084 .

SHI Ling ， LEI Wanjun ， LI Zhuoqiang ， et al . Bilinear discrete-time modeling and stability analysis of the digitally controlled dual active bridge converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 11 ）： 8787 - 8799 .

高晨祥，丁江萍，许建中，等 . 输入串联输出并联型DAB变换器等效建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4955 - 4964 ．

GAO Chenxiang ， DING Jiangping ， XU Jianzhong ， et al . Equivalent modeling method of input series output parallel type DAB converter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4955 - 4964 .

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