CN112100962B - 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 - Google Patents
一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112100962B CN112100962B CN202011049807.6A CN202011049807A CN112100962B CN 112100962 B CN112100962 B CN 112100962B CN 202011049807 A CN202011049807 A CN 202011049807A CN 112100962 B CN112100962 B CN 112100962B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equivalent circuit
- electromagnetic transient
- delta
- sub
- equivalent
- 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
Links
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 title claims abstract description 103
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 7
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- KMHZPJNVPCAUMN-UHFFFAOYSA-N Erbon Chemical compound CC(Cl)(Cl)C(=O)OCCOC1=CC(Cl)=C(Cl)C=C1Cl KMHZPJNVPCAUMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100499229 Mus musculus Dhrsx gene Proteins 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]
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)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本申请公开了一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统，方法包括：针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组由N个子模块串联得到，N为大于1的正整数；将每个MMC桥臂中子模块组对应的电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；根据预置基尔霍夫定律对诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；根据系统级电气量更新电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。本申请解决了现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电磁暂态分析技术领域，尤其涉及一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统。
背景技术
模块化多电平变流器(Multi-modular Converter，MMC)具有输出电能质量高、无换相失败、器件开关频率比一般变流器更低等优点，被现代电力系统广泛采用。但由于MMC子模块数量多，包含大量电力电子器件的高频开关过程，需要较小的仿真步长(50μs及以下)，其暂态仿真非常困难。机电暂态仿真由于建模问题，仿真频段较低，无法反映MMC种的功率器件开关过程以及各种高频动态；传统电磁离线暂态仿真基于隐式梯形积分法的电磁暂态仿真方法，被认为是目前反映大规模交流系统动态过程最准确的仿真工具，但在仿真MMC时，由于节点数过多且步长很小，效率极其低下。电磁暂态实时仿真方面，传统方法基于由模拟电路构成的暂态分析仪实现，可扩扩展性、可维护性和开发难度较大；而电磁暂态全数字实时仿真，由于采用DSP作为运算核心，具有大量浮点数和串并行运算的通信开销，极大降低了建模仿真效率。
发明内容
本申请提供了一种MMC的电磁暂态仿真方法及系统，用于解决现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种MMC的电磁暂态仿真方法，包括：
针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据所述戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，所述子模块组由N个所述子模块串联得到，所述N为大于1的正整数；
将每个MMC桥臂中所述子模块组对应的所述电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；
根据预置基尔霍夫定律对所述诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，所述系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；
根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
可选的，所述戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压。
可选的，所述诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
可选的，所述根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路，包括：
将所述系统及电气量代入所述戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；
根据所述更新戴维南等值电路更新子模块组的所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
可选的，所述所述根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路，之后还包括：
根据所述目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
本申请第二方面提供了一种MMC的电磁暂态仿真系统，包括：
第一等效模块，用于针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据所述戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，所述子模块组由N个所述子模块串联得到，所述N为大于1的正整数；
第二等效模块，用于将每个MMC桥臂中所述子模块组对应的所述电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；
求解模块，用于根据预置基尔霍夫定律对所述诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，所述系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；
更新模块，用于根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
可选的，所述戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压。
可选的，所述诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
可选的，所述更新模块具体用于：
将所述系统及电气量代入所述戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；
根据所述更新戴维南等值电路更新子模块组的所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
可选的，还包括：
计算模块，用于根据所述目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种MMC的电磁暂态仿真方法，包括：针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组由N个子模块串联得到，N为大于1的正整数；将每个MMC桥臂中子模块组对应的电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；根据预置基尔霍夫定律对诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；根据系统级电气量更新电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
本申请提供的MMC的电磁暂态仿真方法，将子模块和子模块组构成的整个桥臂进行戴维南等效，并进一步地结合了诺顿等效原理，不仅可以较大程度的降低网络节点数，还能减少运算开销；通过构建等效对电路，然后采用基尔霍夫定律进行求解的方法可以实现高精度的电磁暂态仿真，不仅保障了MMC的电磁暂态仿真的速度，还可以兼顾精确度，从而提高了仿真效率。因此，本申请能够解决现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种MMC的电磁暂态仿真方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种MMC的电磁暂态仿真系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一个典型的MMC拓扑结构示意图；
图4为本申请实施例提供的戴维南等效和诺顿等效电路转换图；
图5为本申请实施例提供的单个桥臂等效变换的电路转换图；
图6为本申请实施例提供的基于FPGA和PSCAD的电压仿真波形图；
图7为本申请实施例提供的基于FPGA和PSCAD的故障下和无阻尼下的波形图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于表达，本申请提前作如下定义：
任意给定物理量x，在时刻t的值表示为x(t)，在上一历史时刻(t-Δt)的值为x(t-Δt)，Δt为计算步长，若已经对x或者x(t)给出释义，则不再赘述x(t-Δt)的含义。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种MMC的电磁暂态仿真方法的实施例，包括：
步骤101、针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组由N个子模块串联得到，N为大于1的正整数。
需要说明的是，戴维南定理又称等效电压源定律，含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络；电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。请参阅图3，图3所示为一个典型的MMC拓扑结构示意图，其中包括多个子模块，而子模块中最常见的就是半桥子模块，以半桥子模块为例进行分析，根据MMC的拓扑结构对其中的子模块进行戴维南等效处理，可以得到如图4(a)所示的电路图，即为戴维南等值电路，具体的，戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压。IGBT的导通电阻r在截止时可看作无穷大，开关信号的取值为{0,1}，当Sk(t)＝1时，两个IGBT的开关信号(S1,S2)＝(1,0)，电容被投入；当Sk(t)＝0时，两个IGBT的开关信号(S1,S2)＝(0,1)，电容被旁路，对电容的伏安特性微分方程采用隐式梯形法进行离散化，并结合电容投切状态，就可以得到上述戴维南等值电路的表达。将上式进行整理可以表示为：
uk(t)＝[r+Sk(t)Rc]·i(t)+Sk(t)Uk(t-Δt)；
由此公式可以将子模块看作电阻为[r+Sk(t)Rc]，电压源为Sk(t)Uk(t-Δt)的戴维南等值电路。根据单个子模块的戴维南等值电路可以得到桥臂上的子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组是一系列子模块的串联的组合，因此，子模块组的电磁暂态等效电路就是对子模块的戴维南等值电路求和，因此，其等效电压源和等效电阻可以表示为：
其中，Ueq(t-Δt)即为等效电压源，Req(t)即为等效电阻，Nr为IGBT总导通电阻值。
步骤102、将每个MMC桥臂中子模块组对应的电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路。
需要说明的是，诺顿定理是指含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联；电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻；诺顿定理与戴维南定理互为对偶的定理。请参阅图4(a)和图4(b)，即为MMC桥臂的简化和诺顿等效过程，一个MMC桥臂上的子模块组对应的电磁暂态等效电路中的等效电阻Req与桥臂电阻Rarm串联，所以，可以进行串联相加简化处理，得到总电阻R＝Req+Rarm；总电阻R与桥臂电感Larm构成一个RL串联电路，也称作阻感支路，对阻感支路进行诺顿等效，可以得到等效电导G和等效电流源Jh(t-Δt)，所以，请参阅图4(b)，一个诺顿等效电路包括一个受控电压源Ueq(t-Δt)和一个诺顿串联支路。
进一步地，诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
从整个MMC主电路出发，请参阅图5(a)，其中us为交流电网的电压，Rs和Ls为交流侧电阻和电感，Rarm和Larm为桥臂电阻和电感，SM1～N表示N个半桥子模块组成的子模块组，Udc为直流电压，经过上述戴维南等效和诺顿等效后可以得到完整的MMC的诺顿等效电路，具体请参阅图5(b)，其中，Gs和Jhs(t-Δt)为交流侧(Rs,Ls)阻感支路对应的等效电导和等效电流源，可从图5中看出此处的MMC电路存在上下两条桥臂，上桥臂等效变换为电压源Ueqp(t-Δt)和诺顿串联支路(电导为Gp，电流源为Jhp(t-Δt))的串联；类似的，下桥臂可以等效变换为电压源Ueqn(t-Δt)和诺顿串联支路(电导为Gn，电流源为Jhn(t-Δt))的串联。
步骤103、根据预置基尔霍夫定律对诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率。
需要说明的是，基尔霍夫定律是分析和计算较为复杂电路的基础，既可以用于直流电路的分析，也可以用于交流电路的分析，还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析；该定律能够迅速地求解任何复杂电路。根据预置基尔霍夫定律和本申请实施例中得到的诺顿等效电路可以列出求解方程：
其中，ut(t)为MMC交流侧电压，us(t)为交流电源电压，ip(t)、in(t)和is(t)分别为上下桥臂和交流侧的电流，设上下桥臂端点等效电位为：
其中，上下桥臂子模块组的戴维南等效电阻分别为Reqp和Reqn，Udc为直流电压。令串联等效电阻Rp＝Rarm+Reqp，Rn＝Rarm+Reqn，那么上下桥臂和交流侧的诺顿支路的参数可以进行如下求解：
根据上述公式求解系统电气量，可以得到例如桥臂电流交流侧电压和系统功率等参数；计算得到的这些参数都是当前时刻的参数，即当前时刻的节点电压或者支路电流。
步骤104、根据系统级电气量更新电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
需要说明的是，经上述计算后，上下桥臂的子模块的系统级电气量得到的更新，电流的更新使得每个子模块的电容电压uck(t)和等效电压源Uk(t-Δt)都需要相应的更新为当前时刻的电压值，完成所有的电气量更新以及计算，就可以得到目标电磁暂态等效电路，所有的时刻t都可以按照这样的方式进行更新计算，直至所有时刻均完成仿真。
进一步地，具体更新过程为：将系统及电气量代入戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；根据更新戴维南等值电路更新子模块组的电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
进一步地，根据目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
需要说明的是，这部分的计算过程其实就是实际的硬件仿真过程得到的仿真结果，将相关电气量进行仿真得到仿真波形，在硬件层面的MMC的电磁暂态仿真过程包括：生成交流电源，即按照三相正弦交流电规律生成交流侧电源电压；系统级控制，即对MMC系统级控制策略，控制系统的有功功率或者直流电压、无功功率或交流电压有效值，继而进行仿真操作；载波移相调制是对MMC阀组的载波移相调制过程进行仿真；MMC戴维南等效是计算得到MMC子模块组的戴维南等值电路；诺顿等效是将戴维南等值电路进行进一步地简化和等效处理，得到诺顿等效电路；电路求解以及更新可以得到电路的全部信息，每个节点的电压和每个支路的电流，用户可以观测这些物理量的波形图，也可以从电压电流推导出后续所需的物理量，并观测对应的波形图。
本申请实施例将波形图以文件的形式输出，该文件记录每个仿真时刻相应物理量的数值。本申请实施例是基于FPGA的时顿坐标变换法对交流系统中的各个元件进行建模仿真，将得到的输出电压和子模块波形与商业仿真软件PSCAD相比较的结果如图6所示，另外将交流侧S相接地故障下的故障点电压、故障点对地电流以及不引入阻尼系数α的仿真波形对比如图7所示。基于FPGA进行仿真的优势在于无浮点数与并行计算开销，且可以通过高层次综合工具设置硬件约束，提高仿真性能。本申请实施例中可以在50μs的步长下，对MMC正常运行交流故障情况进行准确仿真，相比较于传统离线仿真方法，效率得到了较大的提高，且对工程应用具有指导意义。
本申请提供的MMC的电磁暂态仿真方法，将子模块和子模块组构成的整个桥臂进行戴维南等效，并进一步地结合了诺顿等效原理，不仅可以较大程度的降低网络节点数，还能减少运算开销；通过构建等效对电路，然后采用基尔霍夫定律进行求解的方法可以实现高精度的电磁暂态仿真，不仅保障了MMC的电磁暂态仿真的速度，还可以兼顾精确度，从而提高了仿真效率。因此，本申请能够解决现有仿真过程节点较多，且存在较大运算开销，导致仿真困难以及仿真效率较低的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种MMC的电磁暂态仿真系统的实施例，包括：
第一等效模块201，用于针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，子模块组由N个子模块串联得到，N为大于1的正整数；
第二等效模块202，用于将每个MMC桥臂中子模块组对应的电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；
求解模块203，用于根据预置基尔霍夫定律对诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；
更新模块204，用于根据系统级电气量更新电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
进一步地，戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压。
进一步地，诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
进一步地，更新模块204具体用于：
将系统及电气量代入戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；
根据更新戴维南等值电路更新子模块组的电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
进一步地，还包括：
计算模块205，用于根据目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种MMC的电磁暂态仿真方法，其特征在于，包括：
针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据所述戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，所述子模块组由N个所述子模块串联得到，所述N为大于1的正整数；
将每个MMC桥臂中所述子模块组对应的所述电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；
根据预置基尔霍夫定律对所述诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，所述系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；
根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路；
所述戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压；
所述诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
2.根据权利要求1所述的MMC的电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路，包括：
将所述系统及电气量代入所述戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；
根据所述更新戴维南等值电路更新子模块组的所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
3.根据权利要求1所述的MMC的电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述所述根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路，之后还包括：
根据所述目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
4.一种MMC的电磁暂态仿真系统，其特征在于，包括：
第一等效模块，用于针对预置MMC拓扑结构中每个子模块的电磁暂态进行戴维南等效，得到戴维南等值电路，并根据所述戴维南等值电路构建子模块组的电磁暂态等效电路，所述子模块组由N个所述子模块串联得到，所述N为大于1的正整数；
第二等效模块，用于将每个MMC桥臂中所述子模块组对应的所述电磁暂态等效电路简化后进行诺顿等效，得到诺顿等效电路；
求解模块，用于根据预置基尔霍夫定律对所述诺顿等效电路进行系统级求解，得到系统级电气量，所述系统级电气量包括桥臂电流、交流侧电压和系统功率；
更新模块，用于根据所述系统级电气量更新所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路；
所述戴维南等值电路采用第一公式表示为：
其中，uk(t)为t时刻第k个子模块的输出电压，i(t)为t时刻的桥臂电流，uck(t)为t时刻子模块电容电压，Sk(t)为t时刻子模块k的开关信号，r为IGBT的导通电阻，Rc为电容等效电阻，Uk(t-Δt)为t-Δt等效电压源电压，Δt为仿真时间步长，Sk(t-Δt)为t-Δt时刻子模块k的开关信号，i(t-Δt)为t-Δt时刻的桥臂电流，uck(t-Δt)为t-Δt时刻子模块电容电压；
所述诺顿等效电路采用第二公式表示为：
其中，G为等效电导，Jh(t-Δt)为等效电流源，R为桥臂等效电阻之和，Larm为桥臂电感，Δt为仿真时间步长，α为阻尼系数，u(t-Δt)、i(t-Δt)分别为t-Δt时刻诺顿等效电路两端的电压和桥臂电流。
5.根据权利要求4所述的MMC的电磁暂态仿真系统，其特征在于，所述更新模块具体用于：
将所述系统及电气量代入所述戴维南等值电路中，得到更新戴维南等值电路；
根据所述更新戴维南等值电路更新子模块组的所述电磁暂态等效电路，得到目标电磁暂态等效电路。
6.根据权利要求5所述的MMC的电磁暂态仿真系统，其特征在于，还包括：
计算模块，用于根据所述目标电磁暂态等效电路进行相关电气量计算，得到可视化的电气量波形图。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011049807.6A CN112100962B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011049807.6A CN112100962B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112100962A CN112100962A (zh) | 2020-12-18 |
| CN112100962B true CN112100962B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=73782753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011049807.6A Active CN112100962B (zh) | 2020-09-29 | 2020-09-29 | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112100962B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112464604B (zh) * | 2021-01-28 | 2021-08-20 | 通号（长沙）轨道交通控制技术有限公司 | 一种多变流器集中并网系统高效仿真方法 |
| CN112818537B (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-22 | 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种光伏并网系统稳定性分析方法及装置 |
| CN113051711B (zh) * | 2021-02-25 | 2024-04-16 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种基于模块化选择进行电磁暂态仿真的方法及系统 |
| CN113190993B (zh) * | 2021-04-27 | 2023-07-18 | 中国科学院电工研究所 | 高压大功率储能变流器电磁暂态快速仿真建模方法及系统 |
| CN113868817B (zh) * | 2021-09-30 | 2024-07-09 | 山东大学 | 基于工业电力负荷仿真模型预测电力系统稳定的方法及系统 |
| CN114662440B (zh) * | 2022-03-31 | 2024-02-23 | 国家电网有限公司 | 一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106055752A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-26 | 华北电力大学 | 一种提高mmc高效电磁暂态模型仿真精度的方法 |
| CN107622143A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-01-23 | 华北电力大学 | 一种多端口mmc的递归式电磁暂态等效建模方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107689739A (zh) * | 2016-08-05 | 2018-02-13 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种可重构mmc子模块单元及其控制单元 |
| US11404973B2 (en) * | 2018-12-19 | 2022-08-02 | Di Shi | Generalized equivalent circuit model of MMC-HVDC for power system simulation |
-
2020
- 2020-09-29 CN CN202011049807.6A patent/CN112100962B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106055752A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-10-26 | 华北电力大学 | 一种提高mmc高效电磁暂态模型仿真精度的方法 |
| CN107622143A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-01-23 | 华北电力大学 | 一种多端口mmc的递归式电磁暂态等效建模方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Dynamic Performance of Computational-Efficient Models for Multi-Terminal MMC-HVDC Systems;Haihao Jiang等;《IEEE》;1-4 * |
| 基于子模块电压分组检测的MMC子模块开路故障诊断定位方法;荣飞等;《电力自动化设备》;第40卷(第12期);127-135 * |
| 提高MMC高效电磁暂态模型仿真精度的方法;郭琦等;《电力建设》;第37卷(第6期);49-54 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112100962A (zh) | 2020-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112100962B (zh) | 一种mmc的电磁暂态仿真方法及系统 | |
| CN108229021B (zh) | 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器闭锁建模方法 | |
| Mudunkotuwa et al. | Development of a hybrid simulator by interfacing dynamic phasors with electromagnetic transient simulation | |
| CN102663174B (zh) | 一种mmc的仿真方法及应用 | |
| Alcántara et al. | A new technique for unbalance current and voltage estimation with neural networks | |
| CN109614687B (zh) | 两电平桥式换流器的定导纳建模与实时仿真方法 | |
| CN108897908B (zh) | 一种含均压控制功能的mmc实时仿真建模方法 | |
| CN108959671B (zh) | 半桥和全桥型模块化多电平换流器的实时仿真建模方法 | |
| CN115562069B (zh) | 基于rt-lab的储能并网测试系统及其测试方法 | |
| CN112649642A (zh) | 一种窃电位置判断方法、装置、设备和存储介质 | |
| CN112505473A (zh) | 柔性直流电网双极短路故障暂态电流的解析计算方法 | |
| CN111628495B (zh) | 含vsc-mmc交直流电网系统的电磁暂态仿真方法 | |
| CN109460575A (zh) | 一种基于贝杰龙等值线路的混合仿真接口系统及插值算法 | |
| CN116937593A (zh) | 一种海岛微电网群短期电压稳定评估方法及系统 | |
| Konara et al. | Interfacing electromagnetic transient simulation to transient stability model using a multi-port dynamic phasor buffer zone | |
| CN115455884A (zh) | 电压源型换流器电磁暂态仿真方法、装置、设备及介质 | |
| Asghari et al. | Real-time nonlinear transient simulation based on optimized transmission line modeling | |
| CN115618701A (zh) | Mmc的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备 | |
| CN112883677B (zh) | 电力电子换流器实时仿真的电磁暂态仿真方法 | |
| Smith | A harmonic domain model for the interaction of the HVdc convertor with ac and dc systems. | |
| Matar et al. | An FPGA-based real-time digital simulator for power electronic systems | |
| Matar et al. | An fpga-based hardware-in-The-loop simulator for multilevel converter systems | |
| Van der Merwe et al. | Calculating boundaries for the natural voltage balancing time‐constant of the constant duty cycle single leg flying capacitor converter | |
| CN113497463A (zh) | 含柔性直流电网的交直流混联系统暂态仿真方法和装置 | |
| CN114662439B (zh) | 一种vsc换流器的快速仿真方法及系统 |
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 |