[发明专利]一种仿真提速电路的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种仿真提速电路的设计方法。

背景技术

近年来，高电压大功率的全控型电力电子器件如IGBTs和IGCTs在远距离输电系统和低压配电网络中得到广泛使用，特别是应用于基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术。与传统的两电平和三电平VSC-HVDC相比，由西门子公司提出的模块化多电平换流器(MMC)(子模块为半桥结构)拓扑具有无需大量IGBT直接串联，器件承受电压电流变化率低，无需滤波器等优点。同时，在同等电压等级下，它需要两倍的开关器件，且由于需要对其分散布置的子模块电容进行电压平衡控制，使其控制系统变得复杂。

世界上第一个商业化运行的MMC-HVDC工程是美国的传斯贝尔(TBC)工程，其额定容量为400MW，直流电压±200kV，每个换流器桥臂中有216个子模块。此外，将于2013年建成的法国到西班牙的MMC-HVDC工程INELFE，额定容量为2×1000MW。在实际工程投运之前，非常有必要对MMC模型进行电磁暂态仿真以验证所设计控制算法和选择的系统参数的合理性，且仿真高频开关器件动作过程时，必须设置较短的仿真步长，否则严重影响仿真精度，但是在PSCAD/EMTDC平台下仿真具有高达数千个子模块的换流器时，将变得非常困难。此处以双端系统具有3000个子模块为例，经仿真测试并估算发现，如果设置仿真步长为20微妙，仿真时长为5秒，则每次仿真需要3000小时(125天)以上，速度过于缓慢，严重影响工作进度，并将导致控制参数的调节与优化及后续研究工作变得无法实现。

为解决这一问题，有文献提出一种简化动态模型，该模型基本保留了换流器的对外输出特性，但是无法精确模拟换流器中每个子模块的特性，例如，无法模拟特定子模块故障情况下系统的特性；有文献提出一种MMC的时变等效戴维南电路模型，可以在保证仿真精度的前提下显著提高MMC的仿真速度，但是其只考虑了子模块结构为半桥的MMC换流器，如果将其应用于子模块结构为全桥的MMC及其它换流器结构时，同样需要复杂的用户自定义才可以实现，无法利用PSCAD/EMTDC的库元件从原有模型直接改造，因此其通用性和扩展性较差。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有模块化多电平换流器仿真时间长、通用性和扩展性差等不足，本发明提出了一种仿真提速电路的设计方法。

本发明的技术方案是，一种仿真提速电路的设计方法，其特征是该设计方法包括以下步骤：

步骤1：在现有换流器全部子模块串联模型的基础上，将换流器的每个桥臂替换为可控电压源，并实时测量桥臂电流；

步骤2：将桥臂中全部子模块的正端连接同一可控电流源，全部子模块的负端接地，并实时测量子模块的输出电压；

步骤3：将同一桥臂中全部子模块的输出电压求和，将其设定为可控电压源的瞬时电压值，将桥臂电流的测量值设定为可控电流源的电流值。

所述可控电压源的计算公式为：

usum=Σi=1nusm_i]]>

其中：

u_sum为可控电压源的电压；

u_{sm_i}为第i个子模块端口输出电压。

本发明可以在保证换流器和子模块的暂稳态仿真精度的前提下，利用PSCAD/EMTDC库元件直接从原先仿真模型进行改造，经仿真测试并对比发现，如果利用MMC(子模块为全桥或半桥结构)的原有模型对其在PSCAD/EMTDC中直接进行建模仿真，则在同等仿真步长和仿真时长的前提下，所需仿真用时与子模块个数呈指数倍增长，而本发明提出的提速模型，其仿真用时与子模块个数呈线性增长，因此相比原有模型，所提出的提速模型的提速倍数也与子模块个数呈指数增长，提速效果非常显著。此外，由于所提出的发明无需用户元件自定义，且便于从原有模型直接改造，因此具有很强的通用性。

附图说明

图1为MMC(子模块为半桥或全桥)的拓扑结构；