[發(fā)明專利]一種電力電子設(shè)備數(shù)字仿真建模的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310372939.6
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103440372A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張翔;田杰;黃志嶺;李海英
• 申請（專利權(quán)）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力電子設(shè)備數(shù)字仿真建模的方法。

背景技術(shù)

EMTDC（Electro-Magnetic?Transient?in?DC?system）是一個電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真分析軟件，它具有精確和豐富的電力系統(tǒng)元件模型、方便的數(shù)據(jù)輸入方式以及強大的數(shù)據(jù)分析功能，此外還允許用戶自定義元件，通過編寫自定義元件的代碼腳本或調(diào)用用戶自定義程序等方式實現(xiàn)更加復(fù)雜的功能。它是進(jìn)行電力系統(tǒng)分析和工程研究的有力工具，在全世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。

電力電子設(shè)備主要由晶閘管等半導(dǎo)體器件以及相應(yīng)的輔助設(shè)備構(gòu)成，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。常見的電力電子設(shè)備包括高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）、靜止無功補償器（SVC）及柔性直流輸電系統(tǒng)（HVDC_Light）等。半導(dǎo)體器件在運行過程中需要受到脈沖信號的控制，實現(xiàn)導(dǎo)通和（或）關(guān)斷。半導(dǎo)體器件構(gòu)成的電力電子設(shè)備可控性好、運行方式靈活，但是往往具有非線性的特點，在對包含電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)進(jìn)行研究時很難僅僅依靠解析方法，而是經(jīng)常采用仿真方法。

實際電力電子設(shè)備的控制保護(hù)程序非常復(fù)雜，不僅有復(fù)雜的功能邏輯，而且還有復(fù)雜的程序調(diào)度機制，即每頁程序都有自己的執(zhí)行周期，只有時間上達(dá)到執(zhí)行周期的整數(shù)倍時，該程序頁才會被執(zhí)行，而時間上沒有達(dá)到執(zhí)行周期整數(shù)倍的其它程序不會被執(zhí)行。這些程序執(zhí)行周期與仿真模型的仿真計算時間步長之間并沒有必然聯(lián)系，即程序執(zhí)行周期不一定正好等于仿真計算時間步長或是其整數(shù)倍。

在實際電力電子設(shè)備的控制保護(hù)系統(tǒng)中，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的程序邏輯比較復(fù)雜，并且該部分程序?qū)ｉT由FPGA芯片負(fù)責(zé)執(zhí)行，執(zhí)行周期很小（一般是100ns），與仿真模型通常使用的仿真計算時間步長（一般是50us）不在一個數(shù)量級，因此仿真時一般也很少對此部分進(jìn)行詳細(xì)模擬。

在實際電力電子設(shè)備的運行中，電力系統(tǒng)輸出的模擬量都是連續(xù)量，電力電子設(shè)備的控制保護(hù)系統(tǒng)按照自身接口程序的執(zhí)行周期對輸入的連續(xù)模擬量進(jìn)行采樣，然后送給控制保護(hù)應(yīng)用程序進(jìn)行邏輯運算。而在數(shù)字仿真模型中，一次系統(tǒng)設(shè)備都是在仿真模型中通過元件的程序代碼模擬的，其程序代碼都是按照仿真模型的仿真計算時間步長為周期執(zhí)行，輸出的模擬量都是分布在仿真計算時間步長上的離散量，而這些離散量對應(yīng)的時刻往往與控制保護(hù)應(yīng)用程序執(zhí)行周期上的時刻并不重合。因此，在仿真模型的控制保護(hù)系統(tǒng)中如果不對輸入的模擬量進(jìn)行額外的處理，在進(jìn)行邏輯運算時所使用的模擬量就與實際工程程序中使用的模擬量存在差異，這也會導(dǎo)致仿真計算結(jié)果的不精確。

使用非實時電磁暫態(tài)數(shù)字仿真軟件（例如EMTDC）進(jìn)行仿真研究，是常用的仿真方法。目前通常采用的建模方法是，從仿真軟件自帶的一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)元件庫中選擇需要的基本元件，在仿真軟件人機界面中搭建出所需的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡化的二次系統(tǒng)控制保護(hù)邏輯。由于電力電子設(shè)備的實際控制保護(hù)邏輯十分復(fù)雜，因此在進(jìn)行二次系統(tǒng)建模時都會先進(jìn)行大量簡化，然后再按照簡化后的邏輯，選用基本的邏輯符號搭建而成。其次，由于仿真軟件的功能局限性，一般對整個仿真模型設(shè)置統(tǒng)一的仿真計算時間步長（例如50us），在進(jìn)行仿真計算時，每個仿真計算時間步長中所有一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)元件代碼都會被執(zhí)行一遍。另外，雖然電力電子設(shè)備一般都是由觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制的，為了建模方便，在許多情況下控制保護(hù)邏輯對電力電子設(shè)備的控制往往只采用了控制角度進(jìn)行控制，即使進(jìn)一步使用觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制，從控制角度產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的過程往往也進(jìn)行了原理性的簡化。

由上述內(nèi)容可見，目前在進(jìn)行電力電子設(shè)備的數(shù)字仿真建模時，往往都進(jìn)行了大量的簡化。雖然這種建模方法很常用，但是開發(fā)出來的仿真模型精度較低，只能進(jìn)行一些簡單的、原理性的仿真計算，對于許多復(fù)雜的運行工況和控制保護(hù)邏輯，仿真結(jié)果很難與實際電力系統(tǒng)的運行情況保持一致，有必要進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種電力電子設(shè)備數(shù)字仿真建模的方法，其可對包含電力電子設(shè)備的電力系統(tǒng)進(jìn)行高精度的仿真計算，與實際工程的運行結(jié)果保持高度一致。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種電力電子設(shè)備數(shù)字仿真建模的方法，包括如下步驟：

（1）按照實際電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)，搭建出仿真模型的一次系統(tǒng)；