一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法技术

本发明专利技术属于电力系统仿真试验技术领域，尤其涉及一种应用现场可编程门阵列实现模块化多电平换流器实时仿真建模的方法。本发明专利技术根据MMC工作机理，建立桥臂的戴维南等值模型，采用FPGA实现MMC阀组的等值计算。计算过程中将同一桥臂的子模块分组，每组通过FPGA流水线架构进行计算处理，组与组之间采用同步并行计算，极大地减少计算时间，满足实时仿真的要求。本发明专利技术效果在于，可以在不修改FPGA程序的情况下实现MMC一次参数的灵活配置，针对不同子模块拓扑具有通用性，可外接控制器进行系统级、阀级的硬件在环实验。

A real time simulation modeling method for modular multilevel converter based on field programmable gate array

The invention belongs to the technical field of power system simulation test, in particular to a real-time simulation modeling method of a modularized multilevel converter based on field programmable gate array. According to the working mechanism of MMC, establish the bridge arm Thevenin equivalent model, using FPGA to achieve the equivalent calculation of MMC valve group. The calculation process of the same bridge arm module group, each group was calculated by FPGA pipelined architecture between groups using synchronous parallel computing, greatly reduce the computation time, meet the requirements of real-time simulation. The effect of the present invention is, flexible configuration can not modify the FPGA program to achieve in the case of a MMC parameter, is universal in different sub module topology, external controller system, the hardware in the loop test valve.

【技术实现步骤摘要】
一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法
本专利技术属于电力系统仿真试验
，尤其涉及一种应用现场可编程门阵列实现模块化多电平换流器实时仿真建模的方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的高压直流输电是柔性直流输电技术向高电压大功率发展的最新成果。模块化多电平换流器以其开关频率低、输出波形质量好、对开关一致性要求低、扩展性好等独特优势，已成为研究热点，并取得越来越多的工程应用。MMC的实时或实物仿真更接近工程实际，可用于实际工程投运前控制保护装置的开发和调试，对系统规划、设计和运营具有重要的指导意义。实际工程中为获得较高电压等级，MMC桥臂通常由数百个子模块(sub-module,SM)级联组成，每个子模块中又包含若干高频开断的电力电子器件。而在实时仿真中，电磁暂态程序采用定步长求解，难以对电力电子开关器件进行插值处理，因此需要采用数微妙的小步长仿真，以提高仿真精度。另一方面，每个仿真步长内电力电子器件开关状态的变化，都需要对高阶节点导纳矩阵重新生成和求解，给MMC的实时仿真带来巨大的挑战。现场可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法，其具体步骤包括：步骤1：根据子模块的不同工作状态建立单个子模块投入、旁路及闭锁时的戴维南等效电路，并通过累加得到模块化多电平换流器(MMC)单个桥臂的戴维南等效电路；将MMC同一桥臂的子模块分为m组，每组包含n个子模块，每组子模块对应一条计算流水线；步骤2：将FPGA与实时数字仿真器相连；步骤3：将FPGA与阀级物理控制器相连；步骤4：FPGA从实时数字仿真器采集MMC的一次系统配置信息和运行信息，配置信息包括单个桥臂的子模块个数，单个子模块电容值，运行信息为电容电流；步骤5：FPGA从阀级物理控制器采集各个子模块的触发控制信息；步...

【技术特征摘要】
1.一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法，其具体步骤包括：步骤1：根据子模块的不同工作状态建立单个子模块投入、旁路及闭锁时的戴维南等效电路，并通过累加得到模块化多电平换流器(MMC)单个桥臂的戴维南等效电路；将MMC同一桥臂的子模块分为m组，每组包含n个子模块，每组子模块对应一条计算流水线；步骤2：将FPGA与实时数字仿真器相连；步骤3：将FPGA与阀级物理控制器相连；步骤4：FPGA从实时数字仿真器采集MMC的一次系统配置信息和运行信息，配置信息包括单个桥臂的子模块个数，单个子模块电容值，运行信息为电容电流；步骤5：FPGA从阀级物理控制器采集各个子模块的触发控制信息；步骤6：FPGA根据采集到的桥臂电流和子模块电容值，计算得到同一桥臂中处于投入状态的子模块的电容电压增量，并将电容电压增量及子模块触发控制信息分配到m条流水线中；步骤7：各个流水线同步并行计算，在每个流水线内部，计算完成n个子模块电容电压的更新，并计算得到单个桥臂的戴维南等值电压和等值电阻；步骤8：FPGA将步骤7中计算得到的桥臂等值电压和等值电阻发送到实时数字仿真器中，每个桥臂的计算结果等效为一个受控戴维南支路；步骤9：FPGA将步骤7中更新的子模块电容电压发送到阀级物理控制器中。2.根据权利要求1所述的一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法，其特征在于，在所述步骤1中，在建立单个子模块戴维南等值电路过程中，将电力电子开关器件等效为阻值在通态电阻RON与断态电阻ROFF间切换的等值电阻，并近似认为ROFF无穷大，对子模块电容采用后退欧拉法离散化处理。3.根据权利要求1所述的一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述实时数字仿真器承担包含桥臂戴维南支路在内的交直流系统的仿真任务，并采用2.5us的小步长求解。4.根据权利要求1所述的一种基于现场可编程门阵列的模块化多电平换流器实时仿真建模方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述阀级物理控制器的控制结果以各个子模块的触发控制信息的形式输出，对于具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘崇茹，王宇，徐东旭，王洁聪，谢国超，凌博文，李庚银，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11