[发明专利]电网全电磁暂态仿真方法

说明书

提出了一种电网全电磁暂态仿真方法，属于电力系统的模拟仿真技术领域。所述方法包括：步骤1：搜索电路中具有强相关的电力电子器件，形成组合器件；步骤2：对电路进行仿真，获得第N时刻各电路元件的物理参量；步骤3：根据上述物理参量，判断是否有单个器件或组合器件需要改变状态，如果没有则退出，进入步骤5，如果有则进入步骤4；步骤4：如果需要改变状态，则根据单个元件或组合器件的当前状态修改节点导纳阵、历史项、外部电流源和/或附加注入电流，并重新转向步骤2；步骤5：退出第N时刻的搜索过程，更新计算时间N＝N+1，转向步骤2。本方法和系统解决了同步相应法在电力仿真种存在的计算效率低的技术问题。

技术领域

本发明属于电力系统的模拟仿真领域，具体涉及一种用于电力系统的电网全电磁暂态仿真方法。

背景技术

在电力电子仿真中，有许多电力电子器件的关断和闭合互为因果关系，如图2中，GTO的关断造成其他电力电子器件如二极管的闭合。它们虽为因果关系，但很可能是在同一瞬间完成，因此应把它看成同一瞬间的行为，完全有必要发展一种事件搜索方法，以检测不同电力电子器件之间的相互动作关系。

中国电科院的林集明教授在其论文和EMTPE程序中，提出了“同步响应法”(Simultaneous Response Procedure，简称SRP)，其主要步骤为：

(1)在t＝tz时刻，求解网络方程，得到tz时刻各元件的电压电流等物理量；

(2)根据tz时刻的电压、电流等物理量，找出是否有开关和电力电子器件需要改变其状态，如果没有就退出搜索过程，转向步骤(4)；

(3)如果需要改变状态，就根据其状态修改节点导纳阵、历史项以及外部电流源，保持t＝tz不变，再次求解方程，得到t＝tz时刻其他各个支路的电压、电流等物理量，转向步骤(2)；

(4)退出t＝tz计算，按正常方式进入下一个时间步的计算。

EMTP-RV和免费程序ATP都没有和“同步响应法”(SRP)类似的动作逻辑搜索的功能，因此在一些特殊算例中仿真不正确，例如图2的算例，开关SW1常闭，1.1秒GTO导通，电感电流达到稳定运行值2A；1.2秒时刻，GTO断开，开断瞬间二极管D1导通，电感电流有通路，不应该会产生一个很大的脉冲。没有事件搜索功能的电磁暂态仿真程序EMTP-RV的结果如图3，明显这个结果是错误的，原因是二极管没有在GTO断开的瞬间同时导通。

“同步响应法”的缺陷是对于一组强相关的电力电子开关器件动作过程处理较弱。强相关的电力电子器件可以认为是一个元件的状态改变会立即引起另一个元件的状态改变。尤其是现代电力电子技术的飞速发展，进一步促进了电压源型换流器的大量应用，“同步响应法”的缺陷限制了其在这一领域的大规模普及应用。如图4所示的IGBT三电平换流器，由12个IGBT并联反向导流二极管构成的基本单元组成(如图5所示)，每个单元都包括IGBT和导流二极管两个开关器件，IGBT的导通会立即引起反向并联的导流二极管的截止(同时发生)，同样地，二极管的导通也会导致IGBT的截止(也是同时发生)，两个元件之间的动作过程具有很强的相关性，如果IGBT的导通/截止与二极管的截止/导通只要出现不同步，就会引起计算错误。采用“同步响应法”不仅搜索次数多、反复计算量大，而且在步长较小的时候，因为计算误差会造成这两种开关器件的动作不同步，导致计算错误。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，即同步响应法对于强相关的电路元件仿真效率不高的问题，本申请提出一种用于电力系统的电网全电磁暂态仿真方法。