【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁暂态仿真，并且更具体地，涉及一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法及系统。
技术介绍
1、近年来，在研究复杂电力电子设备瞬时动态特性以及电力系统安全稳定分析和规划过程中，电磁暂态仿真(electromagnetic transients simulation，emt)成为不可或缺的一部分。
2、如图1所示的基于级联h桥(cascaded h-bridge，chb)的多电平换流器作为一种新型的高压大功率换流器，具有传输功率大、系统效率高、波形质量好等优点，是近年来的研究热点。其典型应用场景包括模块化多电平换流器mmc，级联h桥型静止无功发生器chb-svg、级联h桥型储能chb-bess等，它们具有电压等级高、功率容量大、级联单元数多、开关数量多的特点。在开发和分析这类chb换流器时，需要采用如psmodel，pscad，matlab等电磁暂态仿真软件进行计算。为了分析chb换流器输出的谐波和故障时的动态特性，需要详细模拟pwm波和igbt/二极管的导通和关断过程。例如，在新能源场站广泛采用的chb-svg中，由于h桥单元串联了30多个(对于mmc，可能达到几百个)，如果想用基于分立开关元件搭建的详细模型进行模拟，单台svg的电路矩阵会高达数百阶以上，并且电路矩阵元素会频繁改变，存在计算时间庞大的问题。
3、因此，需要一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法及
2、为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法，所述方法包括：
3、分别计算h桥单元电容的电容伴随电路和桥臂电感的电感伴随电路；
4、对所述h桥单元中的半桥电路的运行状态进行划分，并根据运行状态确定半桥电路的开关状态表；
5、基于所述电容伴随电路和所述开关状态表，分别建立h桥单元正常状态下的步长平均开关模型和h桥单元非正常状态下的详细开关模型；
6、基于所述步长平均开关模型，计算h桥单元正常状态下的平均开关模型的第一戴维南等效电路；
7、基于所述详细开关模型，计算h桥单元非正常状态下的详细开关模型的第二戴维南等效电路；
8、基于所述第一戴维南等效电路、第二戴维南等效电路和电感伴随电路，计算级联h桥桥臂的诺顿等效电路；
9、基于级联h桥桥臂的诺顿等效电路确定桥臂电流；
10、基于所述桥臂电流计算每个h桥单元的直流电压和二极管电压。
11、优选地，其中分别计算h桥单元电容的电容伴随电路和桥臂电感的电感伴随电路，包括：
12、确定电容的伴随点gc和伴随电流源jc的值为：
13、
14、确定电感的伴随电导gl和伴随电流源jl的值为：
15、
16、jl＝in-1，
17、其中，c为电容；h为仿真步长；un-1为n-1时刻电容两端的电压。；l为电感；in-1为n-1时刻电感的电流。
18、优选地，其中对所述h桥单元中的半桥电路的运行状态进行划分，并根据运行状态确定半桥电路的开关状态表，包括：
19、当半桥电路的上桥臂导通，下桥臂关断时，确定为电容投入状态，开关状态用二进制数10表示；当桥电路的上桥臂关断，下桥臂导通时，确定为电容旁路状态，开关状态用二进制数01表示；当半桥电路的上、下桥臂均导通时，确定为电容短路状态，开关状态用二进制数11表示；当半桥电路的上、下桥臂均关断时，确定为电容投入状态，确定为电路开路状态，开关状态用二进制数00表示；
20、根据igbt栅极信号、直流电压e以及二极管电压ud1和ud2确定半桥电路运行状态。
21、优选地，其中基于所述电容伴随电路和所述开关状态表，分别建立h桥单元正常状态下的步长平均开关模型和h桥单元非正常状态下的详细开关模型，包括：
22、正常状态下，将h桥单元中的两个半桥电路替换为步长平均模型，并将电容等效为电容伴随电路，以获取h桥单元正常状态下的的步长平均模型；其中，在单元端口串联了导通电阻ron以模拟详细模型中的导通损耗；
23、非正常状态下，将h桥单元中的两个半桥电路的上、下桥臂均采用二值电阻建模，以获取h桥单元非正常状态下的详细开关模型；其中，桥臂的电导由开关状态表决定，当桥臂导通时，桥臂电导为导通电导gon，当桥臂关断时，桥臂电导为关断电导goff。
24、优选地，其中基于所述步长平均开关模型，计算h桥单元正常状态下的平均开关模型的第一戴维南等效电路，包括：
25、确定第一戴维南等效电阻req1，包括：
26、
27、确定第一戴维南等效电压源eeq1，包括：
28、
29、其中，k是h桥单元受控源系数；up和un是节点p和n的电压；i是交流电流；gc和jc是电容的离散化电路参数；k和i的下标1，2用于区分h桥单元的两个半桥电路。
30、优选地，其中基于所述详细开关模型，计算h桥单元非正常状态下的详细开关模型的第二戴维南等效电路，包括：
31、确定第二戴维南等效电阻req2为：
32、
33、确定第二戴维南等效电压源eeq2为：
34、eeq2＝jeqreq2，
35、
36、其中，jeq为诺顿等效电流；y11-y22为h桥电路电导矩阵的4个分块矩阵；j2是h桥电路电流列向量的第2个分块向量；g1-g4是桥臂的电导；jc是电容离散化电路的电流源。
37、优选地，其中所述基于所述第一戴维南等效电路、第二戴维南等效电路和电感伴随电路，计算级联h桥桥臂的诺顿等效电路，包括:
38、确定级联h桥桥臂的诺顿等效电路参数为：
39、
40、其中，garmeq是级联h桥桥臂的诺顿等效电路的电导；jarmeq是级联h桥桥臂的诺顿等效电路的电流源；i表示桥臂上第i个h桥单元；rlarm和elarm是桥臂电感的伴随电路参数；reqi是第i个单元的戴维南等效电阻；ueqi是第i个单元的戴维南等效电压源。
41、优选地，其中基于级联h桥桥臂的诺顿等效电路确定桥臂电流，包括：
42、将级联h桥桥臂的诺顿等效电路叠加进入系统方程，输入电磁暂态仿真程序中求解系统的节点电压方程，得到桥臂两端的节点电压uarm1和uarm2，根据桥臂的诺顿等效电路，计算桥臂电流i1为：
43、i1＝(uarm2-uarm1)garmeq+jarmeq，
44、其中，uarm1和uarm2分别是桥臂节点1和节点2的电压，garmeq是级联h桥桥臂的诺顿等效电路的电导；jarmeq是级联h桥桥臂的诺顿等效电路的电流源。
45、优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联H桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别计算H桥单元电容的电容伴随电路和桥臂电感的电感伴随电路，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述H桥单元中的半桥电路的运行状态进行划分，并根据运行状态确定半桥电路的开关状态表，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述电容伴随电路和所述开关状态表，分别建立H桥单元正常状态下的步长平均开关模型和H桥单元非正常状态下的详细开关模型，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述步长平均开关模型，计算H桥单元正常状态下的平均开关模型的第一戴维南等效电路，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述详细开关模型，计算H桥单元非正常状态下的详细开关模型的第二戴维南等效电路，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一戴维南等效电路、第二戴维南等效电路和电感伴随电路，计算级联H桥桥臂的诺顿等效电路，包括:
8.
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述桥臂电流计算每个H桥单元的直流电压和二极管电压，包括:
10.一种级联H桥型换流器的电磁暂态建模仿真系统，其特征在于，所述系统包括：
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，伴随电路计算单元，用于分别计算H桥单元电容的电容伴随电路和桥臂电感的电感伴随电路，包括：
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，状态划分单元，对所述H桥单元中的半桥电路的运行状态进行划分，并根据运行状态确定半桥电路的开关状态表，包括：
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，模型建立单元，基于所述电容伴随电路和所述开关状态表，分别建立H桥单元正常状态下的步长平均开关模型和H桥单元非正常状态下的详细开关模型，包括：
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，第一戴维南等效单元，基于所述步长平均开关模型，计算H桥单元正常状态下的平均开关模型的第一戴维南等效电路，包括：
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，第二戴维南等效单元，基于所述详细开关模型，计算H桥单元非正常状态下的详细开关模型的第二戴维南等效电路，包括：
16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述诺顿等效单元，基于所述第一戴维南等效电路、第二戴维南等效电路和电感伴随电路，计算级联H桥桥臂的诺顿等效电路，包括:
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，桥臂电流确定单元，基于级联H桥桥臂的诺顿等效电路确定桥臂电流，包括：
18.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，电压计算单元，基于所述桥臂电流计算每个H桥单元的直流电压和二极管电压，包括:
...【技术特征摘要】
1.一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别计算h桥单元电容的电容伴随电路和桥臂电感的电感伴随电路，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述h桥单元中的半桥电路的运行状态进行划分，并根据运行状态确定半桥电路的开关状态表，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述电容伴随电路和所述开关状态表，分别建立h桥单元正常状态下的步长平均开关模型和h桥单元非正常状态下的详细开关模型，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述步长平均开关模型，计算h桥单元正常状态下的平均开关模型的第一戴维南等效电路，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述详细开关模型，计算h桥单元非正常状态下的详细开关模型的第二戴维南等效电路，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一戴维南等效电路、第二戴维南等效电路和电感伴随电路，计算级联h桥桥臂的诺顿等效电路，包括:
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于级联h桥桥臂的诺顿等效电路确定桥臂电流，包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述桥臂电流计算每个h桥单元的直流电压和二极管电压，包括:
10.一种级联h桥型换流器的电磁暂态建模仿真系统，其特征在于，所述系统包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞博涵，刘文焯，张恒悦，连攀杰，郁舒雁，梁议文，汤涌，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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