一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，屬于高壓直流輸電領域。
【背景技術】
[0002] 高壓直流輸電技術在遠距離、大容量輸電及跨區域聯網工程方面發揮了重要作 用。換流閥是高壓直流輸電系統的核心設備，由晶閘管、阻尼電容、均壓電容、阻尼電阻、均 壓電阻、飽和電抗器等元器件組成。高壓直流輸電系統在運行時，換流閥元器件要承受來 自交直流系統的過電壓，這些過電壓主要包括直流電壓、工頻交流電壓及各類沖擊電壓；此 外，由于晶閘管周期性的導通和關斷，其產生的電磁干擾可能會影響換流站內二次設備的 正常工作。為了更加深入了解換流閥的特性，需要建立相應的換流閥元器件寬頻模型，便 于在各類電壓形式，尤其是速變型電壓下，對換流閥的過電壓、電磁干擾等電氣特性進行分 析，從而提出有效的防護措施。其中，一種換流閥元器件的寬頻模型是基于RLC串并聯電 路建立的，由于目前對RLC參數優化的效果不夠理想，導致換流閥器件寬頻模型的整體精 度較低，進而造成模型仿真結果與實際換流閥器件的運行偏差較大。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出了一種換流閥元器件的寬頻模型建 模方法，解決了所建立的換流閥元器件寬頻模型準確性低，與實際工況偏差較大的問題。
[0004] 本發明是通過如下方案予以實現的：
[0005] -種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，步驟如下：
[0006] 步驟1)，建立換流閥基于RLC元器件串并聯的寬頻模型；
[0007] 步驟2)，結合換流閥元器件的實際阻抗頻率特性，利用粒子群算法對所建立的寬 頻模型RLC參數進行優化，使寬頻模型的阻抗頻率特性和換流閥元器件的實際阻抗頻率特 性相符。
[0008] 進一步的，步驟2)所述的寬頻模型的阻抗頻率特性表達式如下：
[0009]
[0010] 其中，R，L，C分別表示所建立的寬頻模型的中的電阻、電感和電容值；f表示測得 的頻率值；Z(f)表示阻抗頻率特性值。
[0011] 進一步的，步驟2)所述的粒子群算法中，根據所述寬頻模型的阻抗頻率特性中的 兩個特征量幅值和相位，設置粒子群算法的目標函數，該目標函數表達式如下：
[0012]
[0013] 其中，N表示元器件實際測量頻率點的個數；fn表示第η個測量頻率點對應的頻率 值；|zn|和θη分別表示。時測量得到的元器件阻抗幅值和相位角；|z(fn)I和θ(fn)分別 表示fn時寬頻模型的阻抗幅值和相位角；wnl和wn2分別表示阻抗特性中幅值和相位偏差所 占的權重。
[0014] 本發明和現有技術相比的有益效果是：
[0015] 本發明利用元器件RLC建立換流閥元器件的寬頻模型，結合換流閥元器件實際阻 抗頻率特性，利用粒子群算法設置目標函數，對RLC參數進行優化，從而得到的寬頻模型阻 抗頻率特性與實際阻抗頻率特性相吻合，提高了所建寬頻模型的準確性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明實施例的換流閥元器件寬頻模型建模方法的流程圖；
[0017] 圖2為本發明實施例的阻尼電容寬頻模型示意圖；
[0018] 圖3為本發明實施例的阻尼電容實際的阻抗頻率特性曲線圖；
[0019] 圖4為本發明實施例的阻尼電容寬頻模型的阻抗頻率特性曲線與實際的阻抗頻 率特性曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0021] -種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，步驟如下：
[0022] 步驟1)，如圖2所示，利用RLC元件串并聯電路建立換流閥元器件，即阻尼電容的 寬頻模型；
[0023] 步驟2)，結合換流閥元器件的實際阻抗頻率特性，利用粒子群算法對所建立的寬 頻模型RLC參數進行優化，使寬頻模型的阻抗頻率特性和換流閥元器件的實際阻抗頻率特 性相吻合。
[0024] 步驟2)中的阻抗特性表達式如下：
[0025]
CD
[0026] 其中，R，L，C分別表示所建立的寬頻模型的中的電阻、電感和電容值；f表示測得 的頻率值；Z(f)表示阻抗頻率特性值。
[0027] 步驟2)中利用粒子群算法進行參數優化的步驟為：a)構建粒子群算法的目標函 數；b)設置粒子群算法的初始參數，包括粒子維數、粒子個數、迭代次數、粒子位置的上界 和下界數組；c)隨機產生初始粒子群體，求解初始粒子群體的個體極值和全局極值；d)計 算粒子飛翔的速度和新的位置，迭代求解，滿足終止條件，獲得RLC參數最優值。
[0028] a)構建粒子群算法目標函數，函數表達式為：
[0029]
[0030] 其中，N表示元器件實際測量頻率點的個數，本實施例中取1600 ;fn為對0~10MHz 進行線性采樣的第η個點對應的頻率值；|Zn |和θn由阻抗分析儀測量得到，|Zn |和Θ"分 別表示頻率為fn時測量得到的元器件阻抗幅值和相位角；Iz(fn)I和Θ(fn)分別表示頻率 為fn時構建的寬頻模型的阻抗幅值和相位角。
[0031] b)設置粒子群算法的初始參數
[0032] 設置粒子群算法中的粒子維數、粒子個數、迭代次數、粒子位置的上界和下界數 組。構建的寬頻模型中有三個變量R、L、C，并對其用十進制數表示。設置粒子維數為3;粒 子個數為50;迭代次數為100;粒子位置的上界和下界為變量的范圍。本實例中上界數組設 置為[100, 1000, 1000]，下界數組設置為[0, 0, 0]。
[0033] c)求解個體極值和全局極值
[0034] 隨機產生初始粒子群體，將初始粒子群體帶入目標函數中，計算初始粒子群體的 目標函數值，選取最小的目標函數值作為初始群體的全局極值。同時，取初始粒子群體的目 標函數值作為粒子群體的個體極值。本實施例中，初始群體全局極值為1. 83,對應位置為 [12. 25, 7. 32, 500. 42] 〇
[0035] d)計算RLC參數最優值
[0036] 計算粒子飛翔的速度和新的位置，迭代求解，滿足終止條件，獲得RLC參數最優 值。其中，粒子飛翔速度和新的位置計算公式如下：
[0037]v；(t) =wViCt-n+CirandO[pbestJt-n-pJt-nil+CzrandO
[gbest^t-D-p^t-l)]
[0038]Pi(t) =p^t-D+v^t) (3)
[0039] 其中，w為保持原來速度的系數；t為迭代次數a(t-1)為粒子原有速度^(t-l) 為粒子原有位置；rand()為區間[0，1]中的均勻隨機數；^為粒子跟蹤個體極值的權重系 數；c2為粒子跟蹤全局極值的權重系數。
[0040] 粒子飛翔速度和新的位置反映了寬頻模型參數R、L、C在當前個體極值位置附近 搜索最優值的速度和范圍。本實施例中w設置為0.6,（^和(32都設置為0.5。通過一次迭 代，獲得一組新的粒子群體，計算這些粒子的目標函數值并存入數組。對比之前求得的粒子 的目標函數值，取較小的目標函數值作為粒子個體最優值pbesh(t)，其對應的位置作為每 個粒子i所經歷的歷史最優位置。
[0041] 同時，一次迭代獲得一組新的粒子群體的中的最小目標函數值，對比之前找到的 最優位置的目標函數值，取較小的目標函數值作為全局最優值gbesh(t)，其對應的位置作 為整個粒子群經歷的最優位置；然后迭代次數t加1，根據粒子速度與位置更新公式更新粒 子速度與位置，得到新一代粒子群X(t)。如此迭代求解，直到t大于迭代次數為止，最終得 到的粒子群的全局最優解gbesh(t)，即為寬頻模型RLC參數最優值。
[0042] 本實施例中，全局最優解為0. 0028,對應位置為[14. 35, 478. 42, 4. 4585]。因此， 最終求解的阻尼電容元件的寬頻模型參數為R= 14. 35Ω，L= 478. 42nH，C= 4. 4585uF。 如圖4所示即為建立的寬頻模型的阻抗頻率特性和實際的阻抗頻率特性的對比曲線，表明 本發明建立的寬頻模型的阻抗頻率特性和實際的阻抗頻率特性相符。
[0043] 本實施例中在利用粒子算法優化RLC參數的過程中，對其初始值及各類參數進行 設置，作為其他實施方式，數值的設置并不是唯一的，應根據實際的需要選取更符合其情況 的參數值。
[0044] 在本發明給出的思路下，采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施 例中的技術手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發明中的相應技術手段基本相 同、實現的發明目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，這 種技術方案仍落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1)，建立換流閥基于RLC元器件串并聯的寬頻模型； 步驟2)，結合換流閥元器件的實際阻抗頻率特性，利用粒子群算法對所建立的寬頻模 型RLC參數進行優化，使寬頻模型的阻抗頻率特性和換流閥元器件的實際阻抗頻率特性相 符。2. 根據權利要求1所述的一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，其特征在于，步驟 2)所述的寬頻模型的阻抗頻率特性表達式如下：其中，R，L，C分別表示所建立的寬頻模型的中的電阻、電感和電容值；f表示測得的頻 率值；Z(f)表示阻抗頻率特性值。3. 根據權利要求1所述的一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，其特征在于，步驟 2)所述的粒子群算法中，根據所述寬頻模型的阻抗頻率特性中的兩個特征量幅值和相位， 設置粒子群算法的目標函數，該目標函數表達式如下：其中，N表示元器件實際測量頻率點的個數；fn表示第η個測量頻率點對應的頻率值； Ζη|和θη*別表示fn時測量得到的元器件阻抗幅值和相位角；| Z(fn) |和Θ (fn)分別表 示fn時寬頻模型的阻抗幅值和相位角；w nl和w n2分別表示阻抗特性中幅值和相位偏差所占 的權重。
【專利摘要】本發明涉及一種換流閥元器件的寬頻模型建模方法，建立基于RLC的換流閥元器件串并聯的寬頻模型，采用RLC串并聯建立換流閥元器件的寬頻模型，利用粒子群算法對所建立寬頻模型的RLC參數進行優化。本發明使寬頻模型的阻抗頻率特性和換流閥元器件的實際阻抗頻率特性相符，有效的提高了所建寬頻模型的準確性。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105335557
【申請號】CN201510694623
【發明人】張志剛, 李芳芳, 王宇丁, 齊元瑞, 高仕龍
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 國家電網公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月23日