專利名稱：一種mmc拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種MMC拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法。
背景技術(shù)：
模塊化多電平(MMC)拓?fù)涞奶岢龃龠M(jìn)了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展，該拓?fù)涫褂媚K級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)高電壓，避免了在高壓直流輸電領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，數(shù)百個(gè)電力電子器件直流串聯(lián)所帶來的動(dòng)靜態(tài)均壓問題，降低了對(duì)功率器件一致性的要求。然而模塊化多電平柔性直流換流閥的半導(dǎo)體器件數(shù)通常是兩電平/三電平拓?fù)淦骷?shù)目的2次方，龐大的器件數(shù)量，給變換器的電磁暫態(tài)仿真帶來了很大挑戰(zhàn)。直接使用PSCAD/EMTDC元件庫中的IGBT、二極管等元件搭建對(duì)應(yīng)實(shí)際工程的MMC變換器，元件數(shù)量和模型節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大。為了模擬開關(guān)動(dòng)作，在每個(gè)開關(guān)動(dòng)作時(shí)刻，都要將一個(gè)大小為模型節(jié)點(diǎn)數(shù)的導(dǎo)納矩陣重新三角形化，并且每個(gè)元件都需要調(diào)用一次PSCAD和EMTDC之間的接口，仿真效率低，運(yùn)行時(shí)間長。在S.P.Teeuwsen, “Simplifieddynamic model of a voltage-sourced converter with modular multilevelconverterdesign，，’presented at the IEEE/Power Eng.Soc.-Power Systems Conf.Exp0.，Seattle，WA，Mar.2009中提出了模塊化多電平變換器的開關(guān)周期平均簡化模型，用于模擬該變換器的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程，顯著提高了仿真速度，縮短了仿真時(shí)間。然而，由于在開關(guān)周期平均模型中，不單獨(dú)地模擬每一個(gè)電平，因此不能對(duì)變換器的異常情況(如單個(gè)子模塊故障)進(jìn)行仿真。本發(fā)明提出了一種基于戴維寧等效電路的MMC拓?fù)銿SC-HVDC變換器高效電磁暫態(tài)仿真方法。該方法根據(jù)MMC拓?fù)鋼Q流器中串聯(lián)子模塊的戴維寧等效電路，在自定義模塊中編輯腳本來模擬子模塊行為，并用數(shù)組存儲(chǔ)各子模塊的狀態(tài)變量。從而減少了模型節(jié)點(diǎn)數(shù)量，以及接口程序調(diào)用次數(shù)，大幅提高的仿真效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種MMC拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法，減少了 MMC拓?fù)渥儞Q器模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)，仿真速度快，效率高。本發(fā)明提供的一種MMC拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法，其改進(jìn)之處在于，(I)建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯(lián)子模塊的戴維寧等效電路；(2 )打開PSCAD，運(yùn)行Fortran腳本編輯自定義模塊；(3)用自定義模塊替換至少一個(gè)子模塊；(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態(tài)位表示IGBT狀態(tài)，用數(shù)組表示電容電壓和子模塊電流等變量；(5)用差分方程計(jì)算子模塊電容電壓和子模塊電流。其中，步驟(I)建立子模塊的戴維寧等效電路的步驟包括:
I)將IGBT等效為雙態(tài)電阻；2)確定IGBT開關(guān)狀態(tài)；3)根據(jù)所述IGBT開關(guān)狀態(tài)，將子模塊等效為由電阻和電容構(gòu)成的無源一端口網(wǎng)絡(luò)。其中，在構(gòu)成的無源一端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用梯形積分法，對(duì)電容電壓暫態(tài)方程進(jìn)行離散化，得:
權(quán)利要求
1.一種MMC拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于， (O建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯(lián)子模塊的戴維寧等效電路； (2)打開PSCAD，運(yùn)行Fortran腳本編輯自定義模塊； (3)用自定義模塊替換至少一個(gè)子模塊； (4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態(tài)位表示IGBT狀態(tài)，用數(shù)組表示電容電壓和子模塊電流等變量； (5)用差分方程計(jì)算子模塊電容電壓和子模塊電流。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(I)建立子模塊的戴維寧等效電路的步驟包括: 1)將IGBT等效為雙態(tài)電阻； 2)確定IGBT開關(guān)狀態(tài)； 3)根據(jù)所述IGBT開關(guān)狀態(tài)，將子模塊等效為由電阻和電容構(gòu)成的無源一端口網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，在構(gòu)成的無源一端口網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用梯形積分法，對(duì)電容電壓暫態(tài)方程進(jìn)行離散化，得:
4.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(I)所述得到串聯(lián)子模塊的戴維寧等效電路包括如下步驟: 根據(jù)步驟3)得到的無源一端口網(wǎng)絡(luò)，將其轉(zhuǎn)換為戴維寧等效電路，其等效電壓源和等效串聯(lián)電阻分別為:
5.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(2)所述運(yùn)行Fortran腳本編輯自定義模塊是指將用Fortran代碼模擬子模塊的戴維寧等效電路，進(jìn)而子模塊行為和特性。
6.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態(tài)位表示IGBT狀態(tài)，其狀態(tài)位包括O和1，0表示IGBT關(guān)斷，I表示IGBT開通。
7.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(4)用數(shù)組表示電容電壓和子模塊電流等變量；電壓數(shù)組的值代表子模塊電壓值，電流數(shù)組的值代表子模塊電流，數(shù)組長度與模擬的子模塊個(gè)數(shù)相同，數(shù)組下標(biāo)對(duì)應(yīng)子模塊序號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的電磁暫態(tài)仿真方法，其特征在于，步驟(5)用差分方程計(jì)算子模塊電容電壓和子模塊電流，其中電容電壓的表達(dá)式為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MMC拓?fù)渥儞Q器高效電磁暫態(tài)仿真方法，包括步驟有(1)建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯(lián)子模塊的戴維寧等效電路；(2)打開PSCAD，運(yùn)行Fortran腳本編輯自定義模塊；(3)用自定義模塊替換至少一個(gè)子模塊；(4)在PSCAD的自定義模塊中用狀態(tài)位表示IGBT狀態(tài)，用數(shù)組表示電容電壓和子模塊電流等變量；(5)用差分方程計(jì)算子模塊電容電壓和子模塊電流。本發(fā)明減少了MMC拓?fù)渥儞Q器模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)，仿真速度快，效率高。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103116665SQ20121053398
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者楊兵建, 楊岳峰, 謝敏華, 王韌秋, 湯廣福, 包海龍, 何維國 申請(qǐng)人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 上海市電力公司, 國家電網(wǎng)公司