一种不同级联方式制造技术

本发明专利技术涉及一种不同级联方式

【技术实现步骤摘要】
一种不同级联方式DAB拓扑电磁暂态通用仿真方法及仿真器


[0001]本专利技术涉及电力系统计算机仿真
，具体涉及一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法及仿真器
。

技术介绍

[0002]DAB
指双有源桥
(Dual Active Bridge
，
DAB)
，
DAB
拓扑指
DAB
模块以及其它运行中子模块内部状态相同的二端口电路，
MMC
指模块化多电平换流器
(modular multilevel converter
，
MMC)
，
PET
指固态变压器
(solid state transformer
，
SST)、
又称电力电子变压器
(power electronic transformer
，
PET)。
[0003]上世纪
60
年代，
H.W.Dommel
提出了电力系统电磁暂态仿真程序
(Electro
‑
Magnetic Transient Program
，
EMTP)
的基本理论，为后世主流电磁暂态仿真软件奠定了算法框架
。
在目前的电力系统中许多高电压和高功率传输的场景中，需要许多子模块采用不同的级联方式进行分压，使得系统节点数极多并产生巨大的导纳矩阵，从而将引入大量的计算量使得效率较低
。
目前，各种类型的仿真器在模型和算法层面，主要通过搭建等效模型和平均模型两种方法进行优化
。
相对而言，平均模型通常效率更高，但无法再现子模块电容器充放电过程的细节，这将失去一些准确性
。
等效模型将电力电子设备转换为节点较少的等效电路，并根据外部信息获得设备内部所需的信息
。
该方法在保证整体仿真精度的同时，可以直接减少节点数量，减少导纳矩阵，提高仿真效率
。
[0004]对于
MMC
的各类等效模型和平均值模型，目前已经有较多的应用，但无论是等效模块单端口
、
双端口还是多端口的
MMC
建模方法，它们都是针对
MMC
建模的，所涉及的方法不适用于
DAB
或
PET。
目前，针对双端口以至多端口电力电子设备
(
非
MMC)
的仿真建模的仿真器，通常需要对模型进行单独封装，在子模块或者级联方式变化时就需要重新封装，缺少通用性
。
[0005]本专利技术针对双端口以至多端口电力电子设备仿真建模需要对模型进行单独封装
、
缺少通用性的技术问题，对
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法及仿真器进行了技术改进
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，提供一种仿真效率高
、
用时少
、
快速应对级联方式变化的
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
初始化
DAB
拓扑网络，将非级联
DAB
子模块部分添加到
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵中，并预留出级联
DAB
子模块部分节点；
[0009]S2、
建立级联
DAB
子模块部分单个
DAB
子模块的等效电路和离散状态空间表达式，并事先计算出各种开关模式下单个
DAB
子模块系数矩阵值；
[0010]S3、
根据级联
DAB
子模块部分
DAB
子模块不同级联方式和单个
DAB
子模块系数矩阵，
对级联
DAB
子模块部分进行二次等效并添加到
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵中，计算出在各种开关模式下级联
DAB
子模块部分系数矩阵值；
[0011]S4、
根据
DAB
拓扑网络开关调制策略与上一仿真步长循环结果，获得本仿真步长
DAB
拓扑网络开关模式状态，进而获得本仿真步长级联
DAB
子模块部分系数矩阵取值；
[0012]S5、
更新
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵；
[0013]S6、
计算
DAB
拓扑网络节点注入电流；
[0014]S7、
求解
DAB
拓扑网络节点电压方程；
[0015]S8、
计算级联
DAB
子模块部分端口电压电流；
[0016]S9、
计算级联
DAB
子模块部分单个
DAB
子模块内部电压电流数据；
[0017]S10、
更新级联
DAB
子模块部分历史电流源；
[0018]S11、
增加电磁暂态仿真的仿真步长，循环执行步骤
S4
至步骤
S10
，直至仿真结束
。
[0019]优选地，步骤
S2
具体包括以下子步骤：
[0020]将单个
DAB
子模块开关离散为电阻的形式，动态元件离散为电阻和历史电流源的形式，获得单个
DAB
子模块等效电路，所述单个
DAB
子模块等效电路是以两个端口电压为输入
、
以两个端口电流为输出
、
以两个电容器和一个电感器的历史电流
I
h
为状态变量的两输入两输出三阶离散系统，得到单个
DAB
子模块状态空间表达式其中，
I
port
是端口输出电流，
A、B、C、D
是四个系数矩阵，
U
port
是端口输入电压，
t
‑
Δ
t
表示上一个仿真步长；
[0021]通过式和式得到
A、B、C、D
四个系数矩阵的值，其中，
M
nh
和
M
hn
是描述单个
DAB
子模块中动态元件位置关系的矩阵
、M
np
和
M
pn
是描述单个
DAB
子模块中端口节点位置关系的矩阵，
M
pn
是<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、
初始化
DAB
拓扑网络，将非级联
DAB
子模块部分添加到
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵中，并预留出级联
DAB
子模块部分节点；
S2、
建立级联
DAB
子模块部分单个
DAB
子模块的等效电路和离散状态空间表达式，并事先计算出各种开关模式下单个
DAB
子模块系数矩阵值；
S3、
根据级联
DAB
子模块部分
DAB
子模块不同级联方式和单个
DAB
子模块系数矩阵，对级联
DAB
子模块部分进行二次等效并添加到
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵中，计算出在各种开关模式下级联
DAB
子模块部分系数矩阵值；
S4、
根据
DAB
拓扑网络开关调制策略与上一仿真步长循环结果，获得本仿真步长
DAB
拓扑网络开关模式状态，进而获得本仿真步长级联
DAB
子模块部分系数矩阵取值；
S5、
更新
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵；
S6、
计算
DAB
拓扑网络节点注入电流；
S7、
求解
DAB
拓扑网络节点电压方程；
S8、
计算级联
DAB
子模块部分端口电压电流；
S9、
计算级联
DAB
子模块部分单个
DAB
子模块内部电压电流数据；
S10、
更新级联
DAB
子模块部分历史电流源；
S11、
增加电磁暂态仿真的仿真步长，循环执行步骤
S4
至步骤
S10
，直至仿真结束
。2.
根据权利要求1所述的一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法，其特征在于步骤
S2
具体包括以下子步骤：将单个
DAB
子模块开关离散为电阻的形式，动态元件离散为电阻和历史电流源的形式，获得单个
DAB
子模块等效电路，所述单个
DAB
子模块等效电路是以两个端口电压为输入
、
以两个端口电流为输出
、
以两个电容器和一个电感器的历史电流
I
h
为状态变量的两输入两输出三阶离散系统，得到单个
DAB
子模块状态空间表达式其中，
I
port
是端口输出电流，
A、B、C、D
是四个系数矩阵，
U
port
是端口输入电压，
t
‑
Δ
t
表示上一个仿真步长；通过式和式得到
A、B、C、D
四个系数矩阵的值，其中，
M
nh
和
M
hn
是描述单个
DAB
子模块中动态元件位置关系的矩阵
、M
np
和
M
pn
是描述单个
DAB
子模块中端口节点位置关系的矩阵，
M
pn
是
M
np
的转置，
M
hn
是
M
nh
的转置，在
M
nh
中动态元件的两侧是
(
‑1，
1)
，在
M
np
中端口的两个端子是
(1
，
‑
1)
；
Y
nin
是单个
DAB
子模块节点导纳矩阵；
Y
coef
是描述动态元件导纳的矩阵，电容为
‑
2C/dt
，电感为0；
K
coef
描述动态元件类型的矩阵，电感为1，电容为0；
Y
eq
中电容为
2C/dt、
电感为
dt/2L
；通过式获得用于计算单个
DAB
子模块内部指定节点之间电压信息的系
数矩阵
Z
oh
与
Z
op
，其中在系数矩阵
M
on
中端口的两个端子是
(1
，
‑
1)
，
Y
n
是
DAB
拓扑网络节点导纳矩阵
。3.
根据权利要求2所述的一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法，其特征在于步骤
S3
：级联
DAB
子模块部分
DAB
子模块不同级联方式包括
ISOP
输入串联输出并联级联方式
、ISOS
输入输出串联级联方式
、IPOS
输入串联输出并联级联方式
、IPOP
输入输出并联级联方式四种方式；所述二次等效是在步骤
S2
等效基础上的二次等效，设级联的
DAB
子模块数量为
n
，在单个
DAB
子模块系数矩阵的基础上进行修改，将整个级联
DAB
子模块部分视为单个
DAB
子模块，获得视为单个
DAB
子模块的系数矩阵，级联
DAB
子模块部分二次等效后，相当于只有四个端口，两个输入端口，两个输出端口
。4.
根据权利要求3所述的一种不同级联方式
DAB
拓扑电磁暂态通用仿真方法，其特征在于级联
DAB
子模块部分二次等效后：
A
系数矩阵不进行修改；
B
系数矩阵代表串联端口的一列除以子模块数量，
ISOP
输入串联输出并联级联方式第一列除以
n
，
ISOS
输入输出串联级联方式所有元素除以
n
，
IPOS
输入串联输出并联级联方式第二列除以
n
，
IPOP
输入输出并联级联方式不进行修改；
C
系数矩阵代表并联端口的一行乘以子模块数量，
ISOP
输入串联输出并联级联方式第二行乘以
n
，
ISOS
输入输出串联级联方式不进行修改，
IPOS
输入串联输出并联级联方式第一行乘以
n
，
IPOP
输入输出并联级联方式所有元素乘以
n
；
D
系数矩阵，
ISOP
输入串联输出并联级联方式
D(1,1)
除以
n、D(2,2)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晋，汪可友，王波峰，吴盼，周建其，李国杰，韩蓓，冯琳，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，
类型：发明
国别省市：