CN109241648B - 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法 - Google Patents

模块化多电平换流器改进戴维南建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109241648B
CN109241648B CN201811107342.8A CN201811107342A CN109241648B CN 109241648 B CN109241648 B CN 109241648B CN 201811107342 A CN201811107342 A CN 201811107342A CN 109241648 B CN109241648 B CN 109241648B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equivalent
formula
thevenin
capacitor
improved
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811107342.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109241648A (zh
Inventor
唐志军
林国栋
晁武杰
翟博龙
郭健生
邹焕雄
胡文旺
李超
李智诚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd, State Grid Fujian Electric Power Co Ltd filed Critical Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority to CN201811107342.8A priority Critical patent/CN109241648B/zh
Publication of CN109241648A publication Critical patent/CN109241648A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109241648B publication Critical patent/CN109241648B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，改进传统戴维南建模方法，提出模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，可以保留换流器内外特性，实现换流器高效仿真。该模型能实现换流器内部各子模块的电容电压的更新，使等效建模能够满足控制策略，环流抑制，电容均压等方面研究。在改进戴维南建模过程中，对子模块电容进行离散化处理，等效为电容电阻及电容历史电压源。简化等效计算过程，关键在于在电容历史电压源更新中，通过进一步的推导更新方程，使其更新与上一步长历史电压源相关，减少了更新过程的计算量，降低仿真复杂度。

Description

模块化多电平换流器改进戴维南建模方法
技术领域
本发明涉及一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法。
背景技术
随着模块化多电平换流器(MMC)的发展，使得柔性直流输电在今天高电压、大容量的复杂输电环境下展现出巨大的优势，大大推进了柔性直流输电技术进步。然而，大规模的仿真建模效率极低，受限于建模方法、数学理论、实验手段和计算机硬件等几个方面，严重制约柔性直流输电系统相关问题的研究。因此，建立能反映换流器的一般运行规律，保留换流器特性的仿真模型，对开展柔性直流输电系统运行特性分析，电路参数设计以及控制、保护系统的研究具有重要的指导作用。本发明主要介绍模块化多电平换流器改进戴维南建模方法。
详细建模方法能够精确的反映换流器的内外特性，仿真精度主要取决于仿真步长的限制，不存在建模方法的误差。但其仿真效率特别低，难以开展高电平条件下的研究。传统戴维南建模方法，能够提高仿真效率，但其电容等效过程需要进行多步等效计算。当进行高电平仿真时，效率依旧不高。平均值建模与详细建模结构差异大，能够实现高效的仿真，但其换流器内部过程难以体现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，能实现换流器内部各子模块的电容电压的更新，使等效建模能够满足控制策略，环流抑制，电容均压等方面研究。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，包括以下步骤：
步骤S1:将开关器件等效为可变电阻R1、R2；
步骤S2:对子模块电容进行离散化，使其可以在电磁暂态环境中运行,并采用梯形积分法得到伴随电路，等效电容表示为：
Figure BDA0001808206250000021
式中：Δt为仿真步长，Rc＝Δt/2C为电容等效电阻；Uc(t-Δt)为电容暂态计算等值历史电压源，ic(t-Δt)为上一步长电流值；
步骤S3:子模块输入端口等效电阻与等效电源分别用等效参数Reqsm与Ueqsm表示；
Figure BDA0001808206250000022
步骤S4:将由N个子模块等效电路串联为桥臂等效电路，得到改进的戴维南等效电路，桥臂等效电阻Reqarm及其等效电压Ueqarm，表示为：
Figure BDA0001808206250000023
进一步的，所述步骤S2具体为：
步骤S21:根据电容电磁暂态等值电路，其暂态过程用可以描述为：
Figure BDA0001808206250000024
步骤S22:运用梯形积分法，将(4)写成式(5)：
Figure BDA0001808206250000025
由式(5)推出：
uc(t)＝ic(t)Rc+Uc(t-Δt) (6)
Uc(t-Δt)＝uc(t-Δt)+ic(t-Δt)Rc (7)
从式(7)中可以知道，电容历史电压源与上一步长电流值ic(t-Δt)相关，且与上一步长电容电压uc(t-Δt)相关；
步骤S23:为了简化计算过程，对上式进行进一步推导，由式(6)可得：
uc(t-Δt)＝ic(t-Δt)Rc+Uc(t-2Δt) (8)
将式(8)带入式(7)可得电容等效历史电压源的递推公式
Uc(t-Δt)＝Uc(t-2Δt)+2ic(t-Δt)Rc (9)。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能实现换流器内部各子模块的电容电压的更新，使等效建模能够满足控制策略，环流抑制，电容均压等方面研究。
2、本发明简化等效计算过程，在电容历史电压源更新中，通过进一步的推导更新方程，使其更新与上一步长历史电压源相关，减少了更新过程的计算量，降低仿真复杂度。
附图说明
图1是本发明电容历史电压源更新原理图；
图2是本发明一实施例中电容电磁暂态等值电路；
图3是本发明一实施例中改进戴维南模型电路；
图4是本发明一实施例中建模控制信号图；
图5是本发明一实施例中建模电容电压均值。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，
将开关器件等效为可变电阻R1、R2，对子模块电容进行离散化，使其可以在电磁暂态环境中运行电容电磁暂态等值电路如图2所示：
其暂态过程用可以描述为：
Figure BDA0001808206250000041
运用梯形积分法，将(1)写成式(2)
Figure BDA0001808206250000042
由式(2)改写成
uc(t)＝ic(t)Rc+Uc(t-Δt) (3)
Uc(t-Δt)＝uc(t-Δt)+ic(t-Δt)Rc (4)
式中：Δt为仿真步长，Rc＝Δt/2C为电容等效电阻；Uc(t-Δt)为电容暂态计算等值历史电压源。从式(4)中可以知道，电容历史电压源与上一步长电流值ic(t-Δt)相关，且与上一步长电容电压uc(t-Δt)相关。为了简化计算过程，对上式进行进一步推导。由式(3)可得
uc(t-Δt)＝ic(t-Δt)Rc+Uc(t-2Δt)(5)
将式(5)带入式(4)可得电容等效历史电压源的递推公式
Uc(t-Δt)＝Uc(t-2Δt)+2ic(t-Δt)Rc (6)
由式(6)可以看出，历史电压源与上一步长历史电压源相关，不再计算uc(t-Δt)，减少了历史电压源更新中所需得参数，简化了计算过程，提高仿真建模的速度。
在此基础上可得改进戴维南模型电路如图3；
Figure BDA0001808206250000043
等效参数Reqsm与Ueqsm分别表示子模块输入端口等效电阻与等效电源；
Figure BDA0001808206250000051
再由N个子模块等效电路串联为桥臂等效电路，桥臂等效电阻Reqarm及其等效电压Ueqarm，表示为：
Figure BDA0001808206250000052
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种模块化多电平换流器改进戴维南建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:将开关器件等效为可变电阻R1、R2；
步骤S2:对子模块电容进行离散化，使其可以在电磁暂态环境中运行,并采用梯形积分法得到伴随电路，等效电容表示为：
Figure FDA0003818037850000011
式中：Δt为仿真步长，Rc＝Δt/2C为电容等效电阻；Uc(t-Δt)为电容暂态计算等值历史电压源，ic(t-Δt)为上一步长电流值；
步骤S3:子模块输入端口等效电阻与等效电源分别用等效参数Reqsm(t)与Ueqsm(t)表示；
Figure FDA0003818037850000012
步骤S4:将由N个子模块等效电路串联为桥臂等效电路，得到改进的戴维南等效电路，桥臂等效电阻Reqarm(t)及其等效电压Ueqarm(t)，表示为：
Figure FDA0003818037850000013
所述步骤S2具体为：
步骤S21:根据电容电磁暂态等值电路，其暂态过程用描述为：
Figure FDA0003818037850000021
步骤S22:运用梯形积分法，将(4)写成式(5)：
Figure FDA0003818037850000022
由式(5)推出：
uc(t)＝ic(t)Rc+Uc(t-Δt) (6)
Uc(t-Δt)＝uc(t-Δt)+ic(t-Δt)Rc (7)
从式(7)中可以知道，电容历史电压源Uc(t-Δt)与上一步长电流值ic(t-Δt)相关，且与上一步长电容电压uc(t-Δt)相关；
步骤S23:为了简化计算过程，对上式进行进一步推导，由式(6)得：
uc(t-Δt)＝ic(t-Δt)Rc+Uc(t-2Δt) (8)
将式(8)带入式(7)可得电容等效历史电压源的递推公式
Uc(t-Δt)＝Uc(t-2Δt)+2ic(t-Δt)Rc (9)。
CN201811107342.8A 2018-09-21 2018-09-21 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法 Active CN109241648B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811107342.8A CN109241648B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811107342.8A CN109241648B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109241648A CN109241648A (zh) 2019-01-18
CN109241648B true CN109241648B (zh) 2022-12-06

Family

ID=65056622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811107342.8A Active CN109241648B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109241648B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111898282B (zh) * 2020-08-14 2023-02-21 天津大学 一种改进的模块化多电平换流器戴维南等效建模方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103914599A (zh) * 2014-04-18 2014-07-09 华北电力大学 一种模块化多电平换流器的戴维南等效整体建模方法
WO2015074529A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法
CN107944081A (zh) * 2017-10-25 2018-04-20 华北电力大学 一种短路收缩双端口子模块mmc通用等效建模方法
CN107942729A (zh) * 2017-11-30 2018-04-20 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法
CN108090272A (zh) * 2017-12-13 2018-05-29 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种模块化多电平换流器的建模仿真方法及装置
CN108460181A (zh) * 2018-01-17 2018-08-28 华北电力大学 一种适用于半、全桥子模块混合型mmc戴维南等效模型的线性均压排序算法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015074529A1 (zh) * 2013-11-19 2015-05-28 国家电网公司 一种模块化多电平换流器的子模块电容电压平衡优化方法
CN103914599A (zh) * 2014-04-18 2014-07-09 华北电力大学 一种模块化多电平换流器的戴维南等效整体建模方法
CN107944081A (zh) * 2017-10-25 2018-04-20 华北电力大学 一种短路收缩双端口子模块mmc通用等效建模方法
CN107942729A (zh) * 2017-11-30 2018-04-20 广东电网有限责任公司电力调度控制中心 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器桥臂建模方法
CN108090272A (zh) * 2017-12-13 2018-05-29 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种模块化多电平换流器的建模仿真方法及装置
CN108460181A (zh) * 2018-01-17 2018-08-28 华北电力大学 一种适用于半、全桥子模块混合型mmc戴维南等效模型的线性均压排序算法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
模块化多电平换流器无环流仿真模型;石吉银;《电力建设》;20170331;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109241648A (zh) 2019-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107121932B (zh) 电机伺服系统误差符号积分鲁棒自适应控制方法
CN107248822B (zh) 基于分数阶pid离散滑模变结构的逆变器控制方法
CN107070254B (zh) 一种Buck-Boost矩阵变换器参数优化方法及装置
Hekimoğlu et al. Optimally designed PID controller for a DC-DC buck converter via a hybrid whale optimization algorithm with simulated annealing
CN107834815B (zh) 一种基于双矢量作用的有限控制集模型预测控制方法
CN105515430A (zh) 一种三相并网逆变器的控制方法
CN109241648B (zh) 模块化多电平换流器改进戴维南建模方法
Chander et al. FPGA-based PID controller for DC-DC converter
CN109245518A (zh) 一种降压型直流变换器固定时间滑模控制方法
CN106681343A (zh) 一种航天器姿态跟踪低复杂度预设性能控制方法
CN109143862B (zh) 基于参数自适应的降压型直流变换器固定时间滑模控制方法
CN108549238A (zh) 基于多胞形LPV系统Buck变换器的鲁棒变增益控制方法
CN108829982B (zh) 模块化多电平换流器能量等效建模方法
JP6866985B2 (ja) デュアルループ予測制御に基づく切り替え制御方法
Pedroso et al. A Hyperbolic Tangent Adaptive PID+ LQR Control Applied to a Step‐Down Converter Using Poles Placement Design Implemented in FPGA
WO2021031262A1 (zh) 适用于现场可编程逻辑阵列的改进电磁暂态仿真方法
CN115079575B (zh) 一种基于有限控制集模型预测控制的永磁同步电机模拟器
CN113949265B (zh) 具有不确定参数的Buck型变换器自适应反步控制方法
Tsai et al. FPGA‐based adaptive dynamic sliding‐mode neural control for a brushless DC motor
Kushnerov A seminumerical transient analysis of switched capacitor converters
CN106598911B (zh) 一种电路网络状态方程的列写方法
Matsuura et al. A motor control method by using Machine learning
Sogo et al. Design of compensators to relocate sampling zeros of digital control systems for DC motors
CN116436300B (zh) 一种基于反步超螺旋的dc-dc变换器控制方法及系统
CN112199914B (zh) 一种电力电子开关恒导纳模型建立方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant