[发明专利]两电平桥式换流器的定导纳建模与实时仿真方法

说明书

一种两电平桥式换流器的定导纳建模与实时仿真方法，两电平桥式换流器中的开关支路用一个等效导纳和一个历史电流源并联的等效模型替换。本发明在避免开关动作后重新形成导纳矩阵的同时，可以使开关动作后的暂态误差快速衰减，解决了传统建模仿真方法在用于两电平桥式换流器实时仿真时的虚拟功率损耗问题，极大地提高了仿真精度。

技术领域

本发明涉及电力系统，特别是一种两电平桥式换流器的定导纳建模与实时仿真方法。

背景技术

电磁暂态仿真是电力系统仿真的重要组成部分。其基本理论与方法由加拿大的H.W Dommel于20世纪60年代末提出。针对不同类型的应用,电磁暂态仿真可分为离线仿真和实时仿真。通常来说,离线仿真工具的计算时间要远多于所研究暂态现象的持续时间。而在面向对时间有严格要求的应用场景时，实时仿真通过软硬件平台相互配合，保证了仿真器内部时钟与现实世界时钟的精确同步，可以为各种电力系统保护与控制装置提供高度模拟现场实际的测试环境。

随着越来越多的电力电子设备引入电力系统，电力电子开关的高频离散特性给电力电子设备的建模与实时仿真的实现带来了巨大挑战。目前，在电磁暂态仿真中，电力电子开关主要采用的建模方法可以分为以下两种：

1)二值电阻建模，即开关导通时用小电阻等效，关断时用大电阻等效；

2)基于电感/电容等效的定导纳建模，即开关导通时用小电感等效，关断时用小电容等效；

二值电阻建模在开关状态变化时将引起开关支路的导纳突变，因此每次开关动作都需要重新形成导纳矩阵，效率低下，难以满足实时性要求，更多地应用于离线的电磁暂态仿真工具中，如PSCAD-EMTDC，Matlab的Simpower Simulation Toolbox，EMTP系列仿真软件等；

基于电感/电容等效的定导纳建模可以通过合理的参数设置，使小电感和小电容的等效导纳相等，避免了因开关动作导致的导纳矩阵改变，极大地提高了仿真效率，被应用于实时数字仿真仪RTDS的小步长模型库中。然而，受电感和电容物理特性的制约，这种定导纳模型在开关动作后存在明显暂态误差，仿真得到的换流器功率损耗远大于实际情况，严重影响了仿真精度，这一现象被称为虚拟功率损耗问题；

发明内容

针对已有两电平桥式换流器建模方法的不足，本发明的目的在于提供一种专门用于两电平桥式换流器的定导纳建模与仿真方法，该方法在避免因开关动作导致的导纳矩阵改变的同时，解决了传统建模仿真方法在两电平桥式换流器实时仿真时的虚拟功率损耗问题，极大地提高了仿真精度。

本发明的技术解决方案如下：

一种两电平桥式换流器的定导纳建模与实时仿真方法，其特点在于该方法，包括下列步骤：

1)将两电平桥式换流器及其所在电路中的支路和节点分别进行编号，其中接地节点的编号为0；

2)将各个电阻支路、电感支路、电容支路和开关支路，分别用一个等效导纳和一个历史电流源并联的等效模型替换，独立电压源支路用一个等效导纳和一个等效电流源并联的等效模型替换，各类支路的等效导纳计算公式如下：

电阻支路的等效导纳其中，R是电阻支路的电阻值；

电感支路的等效导纳其中，L是电感支路的电感值，Δt是实时仿真的时间步长；

电容支路的等效导纳其中，C是电容支路的电容值；

开关支路的等效导纳其中，C_dc是两电平桥式换流器直流侧的电容，L_ac是两电平桥式换流器交流侧的电感；

独立电压源支路的等效导纳其中，R_s是独立电压源支路的内电阻；