[發明專利]兩電平橋式換流器的定導納建模與實時仿真方法

有效

• 申請號: 201811491738.7
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109614687B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 汪可友;徐晉;李國杰;馮琳;韓蓓;江秀臣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/373
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種兩電平橋式換流器的定導納建模與實時仿真方法，兩電平橋式換流器中的開關支路用一個等效導納和一個歷史電流源并聯的等效模型替換。本發明在避免開關動作后重新形成導納矩陣的同時，可以使開關動作后的暫態誤差快速衰減，解決了傳統建模仿真方法在用于兩電平橋式換流器實時仿真時的虛擬功率損耗問題，極大地提高了仿真精度。

技術領域

本發明涉及電力系統，特別是一種兩電平橋式換流器的定導納建模與實時仿真方法。

背景技術

電磁暫態仿真是電力系統仿真的重要組成部分。其基本理論與方法由加拿大的H.W?Dommel于20世紀60年代末提出。針對不同類型的應用,電磁暫態仿真可分為離線仿真和實時仿真。通常來說,離線仿真工具的計算時間要遠多于所研究暫態現象的持續時間。而在面向對時間有嚴格要求的應用場景時，實時仿真通過軟硬件平臺相互配合，保證了仿真器內部時鐘與現實世界時鐘的精確同步，可以為各種電力系統保護與控制裝置提供高度模擬現場實際的測試環境。

隨著越來越多的電力電子設備引入電力系統，電力電子開關的高頻離散特性給電力電子設備的建模與實時仿真的實現帶來了巨大挑戰。目前，在電磁暫態仿真中，電力電子開關主要采用的建模方法可以分為以下兩種：

1)二值電阻建模，即開關導通時用小電阻等效，關斷時用大電阻等效；

2)基于電感/電容等效的定導納建模，即開關導通時用小電感等效，關斷時用小電容等效；

二值電阻建模在開關狀態變化時將引起開關支路的導納突變，因此每次開關動作都需要重新形成導納矩陣，效率低下，難以滿足實時性要求，更多地應用于離線的電磁暫態仿真工具中，如PSCAD-EMTDC，Matlab的Simpower?Simulation?Toolbox，EMTP系列仿真軟件等；

基于電感/電容等效的定導納建模可以通過合理的參數設置，使小電感和小電容的等效導納相等，避免了因開關動作導致的導納矩陣改變，極大地提高了仿真效率，被應用于實時數字仿真儀RTDS的小步長模型庫中。然而，受電感和電容物理特性的制約，這種定導納模型在開關動作后存在明顯暫態誤差，仿真得到的換流器功率損耗遠大于實際情況，嚴重影響了仿真精度，這一現象被稱為虛擬功率損耗問題；

發明內容

針對已有兩電平橋式換流器建模方法的不足，本發明的目的在于提供一種專門用于兩電平橋式換流器的定導納建模與仿真方法，該方法在避免因開關動作導致的導納矩陣改變的同時，解決了傳統建模仿真方法在兩電平橋式換流器實時仿真時的虛擬功率損耗問題，極大地提高了仿真精度。

本發明的技術解決方案如下：

一種兩電平橋式換流器的定導納建模與實時仿真方法，其特點在于該方法，包括下列步驟：

1)將兩電平橋式換流器及其所在電路中的支路和節點分別進行編號，其中接地節點的編號為0；

2)將各個電阻支路、電感支路、電容支路和開關支路，分別用一個等效導納和一個歷史電流源并聯的等效模型替換，獨立電壓源支路用一個等效導納和一個等效電流源并聯的等效模型替換，各類支路的等效導納計算公式如下：

電阻支路的等效導納其中，R是電阻支路的電阻值；

電感支路的等效導納其中，L是電感支路的電感值，Δt是實時仿真的時間步長；

電容支路的等效導納其中，C是電容支路的電容值；

開關支路的等效導納其中，C_dc是兩電平橋式換流器直流側的電容，L_ac是兩電平橋式換流器交流側的電感；

獨立電壓源支路的等效導納其中，R_s是獨立電壓源支路的內電阻；