基于MMC的实时仿真系统、仿真方法及MMC阀仿真器技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于MMC的实时仿真系统、仿真方法及MMC阀仿真器，涉及电力系统仿真领域，通过大小步长仿真的结合，既保证了小步长仿真的精确性，又利用了大步长仿真的快速性，降低了仿真所需要的资源，达到了仿真效率和仿真精度之间的平衡。该系统包括：MMC外部控制器，MMC阀仿真器和MMC外部电路仿真器，MMC外部控制器用于以第一仿真步长向MMC阀仿真器发送控制脉冲信号；MMC外部电路仿真器用于以第二仿真步长向MMC阀仿真器发送等值电路的第一参数；MMC阀仿真器用于以第一仿真步长根据MMC外部控制器发送的控制脉冲信号和等值电路的第一参数仿真计算获得仿真结果。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC的实时仿真系统、仿真方法及MMC阀仿真器
本专利技术涉及电力系统仿真领域，尤其涉及一种基于MMC的实时仿真系统、MMC阀仿真器进行实时仿真的方法及MMC阀仿真器。
技术介绍
全球电力系统架构正日益从集中发电、超高压输电演变为越来越多的分布式发电和配电。这种转变对电力电子设备需求不断增多，如高压直流输电、柔性交流输电以及直流源(光伏发电)或变频源(风力发电)等并网设备。电力电子换流器发展迅速，表现在电路电子器件和拓扑方面都获得了很大发展。模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，简称MMC)是电压源型换流器的一种比较新颖的拓扑类型，由多个级联的子模块(Sub-Module,SM)组成，这些子模块可以是半桥子模块或者全桥子模块。MMC以其便于模块化设计、制造升级灵活、维护方便等优点而成为先进的电力电子变换器，被广泛应用于柔性直流输电系统中。近年来，随着更加新颖的MMC拓扑结构的出现以及其控制方式的不断发展，MMC的电压等级以及功率输送能力得到了很大的提升，这使得大功率的柔性高压直流输电成为了未来发展的趋势。传统的电磁暂态典型实时仿真步长是50～100μs，但由于MMC阀中，一般具有几十乃至几百个子模块，这些子模块的绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)快速通断，具有极高的开关频率，因此大步长仿真无法满足其仿真模拟要求。因此，为准确模拟MMC中大量开关器件的高频特性，必须采用更小的仿真步长来提高仿真精度。但若对MMC阀和除MMC阀以外的交直流电路的仿真都采用小步长(小于3μs)仿真，则会过度占用仿真资源，降低仿真的速度。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种基于MMC的实时仿真系统、MMC阀仿真器进行实时仿真的方法及MMC阀仿真器，通过大小步长仿真的结合，既保证了小步长仿真的精确性，又利用了大步长仿真的快速性，降低了仿真所需要的资源，达到了仿真效率和仿真精度之间的平衡。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于MMC的实时仿真系统，所述系统包括：MMC外部控制器，MMC阀仿真器和MMC外部电路仿真器，其中，所述MMC外部控制器，所述MMC阀仿真器用于模拟MMC阀电路，所述MMC外部电路仿真器用于模拟除MMC阀以外的交直流电路，所述除MMC阀以外的交直流电路包含所述MMC阀电路的等值电路；所述MMC外部控制器用于以第一仿真步长向所述MMC阀仿真器发送控制脉冲信号；所述MMC外部电路仿真器用于以第二仿真步长向所述MMC阀仿真器发送所述等值电路的第一参数，所述第二仿真步长大于所述第一仿真步长；所述MMC阀仿真器用于以第一仿真步长根据所述MMC外部控制器发送的控制脉冲信号和所述等值电路的第一参数仿真计算获得仿真结果，其中，该第一参数为若所述MMC阀仿真器接收到所述MMC外部电路仿真器发送的所述等值电路的第一参数时，则第一参数为所述MMC外部电路仿真器发送的，否则，该第一参数为所述MMC阀仿真器计算得到的。可选的，所述MMC外部控制器和所述MMC外部电路仿真器均通过光纤与所述MMC阀仿真器连接。可选的，所述MMC外部控制器为DSP或CPU，所述MMC外部电路仿真器为RTDS板卡，所述MMC阀仿真器为FPGA或GPU。可选的，所述MMC阀电路包含M个相单元，每个相单元的上、下MMC桥臂各包含N个MMC子模块，所述M大于或等于1，所述N大于或等于1；所述MMC阀仿真器还用于以第一仿真步长向所述MMC外部控制器发送第一反馈信号和向所述MMC外部电路仿真器发送第二反馈信号，所述第一反馈信号为所述仿真结果中的每个MMC子模块的电压和每个MMC桥臂的电流，所述第二反馈信号为所述仿真结果中的所述等值电路的第二参数；所述MMC外部控制器还用于以第一仿真步长接收所述第一反馈信号，并根据所述第一反馈信号计算获得控制脉冲信号；所述MMC外部电路仿真器还用于以第二仿真步长接收所述第二反馈信号，并根据所述第二反馈信号仿真计算获得所述等值电路的第一参数。可选的，所述等值电路为戴维南等值电路，所述等值电路的第一参数为所述戴维南等值电路两端的节点电压差，所述等值电路的第二参数为所述戴维南等值电路的电压源的电压和电阻的阻值。第二方面，本专利技术实施例提供了一种MMC阀仿真器进行实时仿真的方法，所述MMC阀仿真器所模拟的是MMC阀电路，所述仿真方法包括：MMC阀仿真器以第二仿真步长接收MMC外部电路仿真器发送的等值电路的第一参数，并在相邻两次接收之间以第一仿真步长，仿真计算得到S次所述等值电路的第一参数，所述第二仿真步长大于所述第一仿真步长，所述等值电路为所述MMC外部电路仿真器所模拟的除MMC阀以外的交直流电路包含的所述MMC阀电路的等值电路，所述S大于或等于1；以第一仿真步长接收MMC外部控制器发送的控制脉冲信号；以第一仿真步长根据所述等值电路的第一参数和所述控制脉冲信号仿真计算获得仿真结果，该第一参数为若所述MMC阀仿真器接收到所述MMC外部电路仿真器发送的所述等值电路的第一参数时，则该第一参数为所述MMC外部电路仿真器发送的，否则，该第一参数为所述MMC阀仿真器计算得到的。可选的，所述MMC阀仿真器所模拟的所述MMC阀电路包含M个相单元，每个相单元的上、下MMC桥臂各包含N个MMC子模块，所述M大于或等于1，所述N大于或等于1；所述方法还包括：以第一仿真步长，向所述MMC外部控制器发送第一反馈信号，所述第一反馈信号为所述仿真结果中的每个MMC子模块的电压和每个MMC桥臂的电流，以便于所述MMC外部控制器以第一仿真步长接收所述第一反馈信号，并根据所述第一反馈信号计算获得控制脉冲信号；向所述MMC外部电路仿真器发送第二反馈信号，所述第二反馈信号为所述仿真结果中的所述等值电路的第二参数，以便于所述MMC外部电路仿真器以第二仿真步长接收所述第二反馈信号，并根据所述第二反馈信号仿真计算获得所述等值电路的第一参数。可选的，所述MMC阀仿真器的等值电路为戴维南等值电路，所述等值电路的第一参数为所述戴维南等值电路两端的节点电压差，所述等值电路的第二参数为戴维南等值电路的电压源的电压和电阻的阻值。可选的，所述以第一仿真步长根据所述等值电路两端的节点电压差和所述控制脉冲信号仿真计算获得仿真结果包括：针对一个MMC桥臂，计算各MMC子模块的等效电阻Rci(t+dt)，公式(1)为：Rci(t+dt)＝dt/2Ci，其中，dt是第一仿真步长，Ci是该MMC桥臂中的第i个MMC子模块的电容，i大于或等于1，且小于或等于N；计算该MMC桥臂电路的等效电阻Rc(t+dt)，公式(2)为：其中，Fi(t)是该MMC桥臂电路中的第i个MMC子模块的控制脉冲信号，Fi(t)＝1或Fi(t)＝0，Ceq是该MMC桥臂电路中各MMC子模块的等效电容与控制脉冲信号乘积的和；计算该MMC桥臂的电流i(t+dt)，公式(3)为：i(t+dt)＝[V(t)-VH(t)]/Rc(t+dt)，其中，V(t)是所述MMC桥臂等值电路两端的节点电压差，如图6所示，V(t)＝V1(t)-V2(t)，VH(t)是上一个第一仿真步长dt计算所得的所述MMC桥臂等值电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MMC的实时仿真系统，其特征在于，所述系统包括：MMC外部控制器，MMC阀仿真器和MMC外部电路仿真器，其中，所述MMC阀仿真器用于模拟MMC阀电路，所述MMC外部电路仿真器用于模拟除MMC阀以外的交直流电路，所述除MMC阀以外的交直流电路包含所述MMC阀电路的等值电路；所述MMC外部控制器用于以第一仿真步长向所述MMC阀仿真器发送控制脉冲信号；所述MMC外部电路仿真器用于以第二仿真步长向所述MMC阀仿真器发送所述等值电路的第一参数，所述第二仿真步长大于所述第一仿真步长；所述MMC阀仿真器用于以第一仿真步长根据所述MMC外部控制器发送的控制脉冲信号和所述等值电路的第一参数仿真计算获得仿真结果，其中，该第一参数为若所述MMC阀仿真器接收到所述MMC外部电路仿真器发送的所述等值电路的第一参数时，则第一参数为所述MMC外部电路仿真器发送的，否则，该第一参数为所述MMC阀仿真器计算得到的。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC的实时仿真系统，其特征在于，所述系统包括：MMC外部控制器，MMC阀仿真器和MMC外部电路仿真器，其中，所述MMC阀仿真器用于模拟MMC阀电路，所述MMC外部电路仿真器用于模拟除MMC阀以外的交直流电路，所述除MMC阀以外的交直流电路包含所述MMC阀电路的等值电路；所述MMC外部控制器用于以第一仿真步长向所述MMC阀仿真器发送控制脉冲信号；所述MMC外部电路仿真器用于以第二仿真步长向所述MMC阀仿真器发送所述等值电路的第一参数，所述第二仿真步长大于所述第一仿真步长；所述MMC阀仿真器用于以第一仿真步长根据所述MMC外部控制器发送的控制脉冲信号和所述等值电路的第一参数仿真计算获得仿真结果，其中，该第一参数为若所述MMC阀仿真器接收到所述MMC外部电路仿真器发送的所述等值电路的第一参数时，则第一参数为所述MMC外部电路仿真器发送的，否则，该第一参数为所述MMC阀仿真器计算得到的。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MMC外部控制器和所述MMC外部电路仿真器均通过光纤与所述MMC阀仿真器连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MMC外部控制器为DSP或CPU，所述MMC外部电路仿真器为RTDS板卡，所述MMC阀仿真器为FPGA或GPU。4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述MMC阀电路包含M个相单元，每个相单元的上、下MMC桥臂各包含N个MMC子模块，所述M大于或等于1，所述N大于或等于1；所述MMC阀仿真器还用于以第一仿真步长向所述MMC外部控制器发送第一反馈信号和向所述MMC外部电路仿真器发送第二反馈信号，所述第一反馈信号为所述仿真结果中的每个MMC子模块的电压和每个MMC桥臂的电流，所述第二反馈信号为所述仿真结果中的所述等值电路的第二参数；所述MMC外部控制器还用于以第一仿真步长接收所述第一反馈信号，并根据所述第一反馈信号计算获得控制脉冲信号；所述MMC外部电路仿真器还用于以第二仿真步长接收所述第二反馈信号，并根据所述第二反馈信号仿真计算获得所述等值电路的第一参数。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述等值电路为戴维南等值电路，所述等值电路的第一参数为所述戴维南等值电路两端的节点电压差，所述等值电路的第二参数为所述戴维南等值电路的电压源的电压和电阻的阻值。6.一种MMC阀仿真器进行实时仿真的方法，其特征在于，所述MMC阀仿真器所模拟的是MMC阀电路，所述仿真方法包括：MMC阀仿真器以第二仿真步长接收MMC外部电路仿真器发送的等值电路的第一参数，并在相邻两次接收之间以第一仿真步长，仿真计算得到S次所述等值电路的第一参数，所述第二仿真步长大于所述第一仿真步长，所述等值电路为所述MMC外部电路仿真器所模拟的除MMC阀以外的交直流电路包含的所述MMC阀电路的等值电路，所述S大于或等于1；以第一仿真步长接收MMC外部控制器发送的控制脉冲信号；以第一仿真步长根据所述等值电路的第一参数和所述控制脉冲信号仿真计算获得仿真结果，该第一参数为若所述MMC阀仿真器接收到所述MMC外部电路仿真器发送的所述等值电路的第一参数时，则该第一参数为所述MMC外部电路仿真器发送的，否则，该第一参数为所述MMC阀仿真器计算得到的。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述MMC阀仿真器所模拟的所述MMC阀电路包含M个相单元，每个相单元的上、下MMC桥臂各包含N个MMC子模块，所述M大于或等于1，所述N大于或等于1；所述方法还...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧开健，郭海平，林雪华，郭琦，伍文聪，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东,44