本发明专利技术涉及一种开关时刻自校正的电力电子系统仿真方法，属于电力系统电磁暂态分析技术领域。该方法首先本发明专利技术的提出的两阶段积分方法推导元件级Norton等值模型，然后通过节点电压法进行电磁暂态计算。开关模型采用ADC模型，即电感电容模型。在系统检测到开关、断路器等动作时，采用两阶段积分方法的插值算法进行求解，经过一次插值和μ,h值调整完成插值过程。由于求解网络采用本发明专利技术提出的高阶算法，可以提高仿真精度，同时由于插值方法计算简单高效，利于离线仿真和实时仿真的实现，适合于工程推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于电力系统电磁暂 态分析
技术介绍
数字仿真是研究新能源和以灵活交流输电（flexibleACtransmission system，FACTS)等电力电子技术的重要工具。电力电子开关引起的高频系统突变会产生数 值振荡问题，对含有大量电力电子开关的系统级仿真提出了新的挑战。目前对于如何设计 准确度高、计算效率高、数值性能稳定的数值积分方法和插值方法是进一步解决含开关子 网络电力系统仿真的关键问题。目前采用的典型插值方法主要有3种：第1种是三次插值法，其优点是只需要用梯 形积分公式，实现简单；第2种是CSSC方法（clocksynchronizedstatuschanging)，该 方法只需要用到两次插值，而且也只需要用梯形积分公式，但其中第二次插值采用外推，故 仿真精度较差；第3种是DSDI方法（double-stepdoubleinterpolation)，该方法需要2 次插值，由于需要梯形积分公式和后向欧拉积分公式的切换，使程序复杂度上升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，针对插值方 法需要考虑的关键问题，设计一种新的元件级电磁暂态建模方法，并且针对该方法固有特 性，提出了一种新的插值方法，以保证节点导纳矩阵不变。 本专利技术提出的开关时刻自校正的电力电子系统仿真方法，包括以下步骤： (1)建立电力电子系统中各支路中各元件的电磁暂态等效模型，包括以下步骤： (1-1)设定电力电子系统中由电阻、电感、电容、传输线、电缆、发电机或电力电子 开关组成的支路的微分方程形式为： 其中，X为每条支路中上述各元件的状态变量，f为光滑的连续函数，t为仿真时 间； (1-2)将上述电力电子系统每条支路中电阻、电感、电容、传输线、电缆或发电机的 微分方程转化为两阶段离散域下的差分方程： 第一阶段： Xn+U= xn+yhf (xn, tn) 第二阶段：xn+i=xη+(1-μ)hf(χη+μ,tn+u) +yhf(xn,tn) 其中，xn为第n次仿真中状态变量X的值，μ=1_ν?/2,1ι为仿真步长，tn为第 η次仿真的时间； (1-3)将上述步骤（1-2)的差分方程改写为运算电导和诺顿等值电流形式，得 到电力电子系统中电阻、电感、电容、传输线、电缆和发电机在两个阶段的电磁暂态等效模 型： 第一阶段： iK，n+u=GKvK，n+u+IhistK，n 第二阶段： iK，n+1=GKvK，n+1+IhistK，n 其中，K= 1，2-Np&为电力电子系统中由电阻、电感、电容、传输线、电缆或发电 机构成的支路的支路数，vKin+1，iKin+1分别为第Κ条支路在第η+1次仿真时的电压和电流，GK 为电子系统中第K条支路运算电导系数，Gk表示该支路诺顿等值运算电导值，Ihistκ，η为第 Κ条支路在第η+1次仿真时的诺顿等值电流； (1-4)建立各支路中电力电子开关的电磁暂态等效模型，即伴随离散化电路如 下： ?μ,η+ι-GMvMn+1+IhistMn 其中，M= 1，2···Ν2，Ν2为电力电于糸统中电力电子开关支路数，vM,n+1，iM,n+1分别为 第Μ个电力电子开关支路在第η+1次仿真时的电压电流，GM为第Μ个电力电子开关支路的 运算电导系数，IhistMin为第Μ个电力电子开关支路在第η+1次仿真时的诺顿等值电流，R、 C分别为仿真时设定的电力电子开关在断开时的电阻参数和电容参数，L为仿真时设定的 电力电子开关导通时的电感参数，Sn+1为第η+1次仿真时电力电子开关的开关状态，sn+1 = 1表示电力电子开关闭合，sn+1= 0表示电力电子开关断开； (1-5)根据电力电子系统各节点在网络中的拓扑关系，将上述步骤（1-3)和（1-4) 得到的各支路电磁暂态等效模型改写成矩阵形式，得到整个电力电子系统两个阶段的节点 电压方程为： 第一阶段： 第二阶段： = + 其中，分别为电力电子系统在第η+1次仿真时的电压电流向量，电压 电流向量的维数等于电力电子系统网络的节点数，[IhistJ为第η+1次仿真时的诺顿等值 电流向量； (2)在每次仿真时，对电力电子系统在第二阶段中的开关状态进行检测，若没有检 测到开关动作，则求解该次仿真时上述步骤（1-5)的电力电子系统两个阶段的节点电压方 程，得到电力电子系统中各节点的电压，若在第二阶段检测到故障或开关动作，则进行步骤 (3)； (3)通过插值方法确定故障或开关动作时刻点，重新调整步骤（1-2)中的μ值和 h值，得到调整后的μ'和h'，使得第一阶段的仿真结束点与故障或开关动作时刻点重 合，调整的方法为：μ值等于该次仿真时间终点到开关时刻点的时间除以开关时刻点到该 次仿真时间起点的时间，通过几何关系确定； 为了保证节点导纳矩阵不变，需要重新调整h值，计算如下： h ' = μ h/ μ ' 其中，μ，h为最初原始参数，μ'，V为调整后的参数；(4)根据上述调整后的μ'和h'，将仿真时间回退到上一次，返回步骤（1-2)，计 算该次仿真时电力电子系统在两个阶段的节点电压方程； (5)对上述电力电子系统进行下一时刻的电磁暂态计算。 本专利技术提出的开关时刻自校正的电力电子系统仿真方法，其优点是： 本专利技术方法在电力系统电磁暂态分析下，采用高阶算法推导元件级Norton等值 模型，既能保证仿真计算精度要求保证插值算法过程中节点导纳矩阵不变，与传统方法有 本质差别。本专利技术提供了一种既能保证仿真计算精度要求又能提高计算效率的插值方法， 本积分方法对于典型支路和电力电子开关模型为S稳定算法。本方法可以消除开关扰动造 成的数值振荡问题，可以进一步提高含有大量电力电子网络的暂态仿真计算效率和精度。 由于本插值方法只需要经过一次插值和y，h值调整完成插值过程，效率上大大提高。由于 求解网络采用本专利技术提出的高阶算法，可以提高仿真精度，同时由于插值方法计算简单高 效，利于离线仿真和实时仿真的实现，适合于工程推广。【附图说明】 图1是本专利技术方法的流程框图。 图2为电力电子系统实际仿真中一个电力电子开关第一阶段动作时的电流波形 图。 图3为图2所述的电力电子开关第二阶段动作时的电流波形图。【具体实施方式】 本专利技术提出的开关时刻自校正的电力电子系统仿真方法，其流程框图如图1所 示，包括以下步骤：(1)建立电力电子系统中各支路中各元件的电磁暂态等效模型，包括以下步骤： (1-1)设定电力电子系统中由电阻、电感、电容、传输线、电缆、发电机或电力电子 开关组成的支路的微分方程形式为： - = /(r,xl dt1 - 其中，x为每条支路中上述各元件的状态变量，f为光滑的连续函数，t为仿真时 间； (1-2)将上述电力电子系统每条支路中电阻、电感、电容、传输线、电缆或发电机的 微分方程转化为两阶段离散域下的差分方程： 第一阶段：xn+u= xn+yhf (xn, tn) 第二阶段： xn+i=χη+(1-μ)hf(χη+μ,tn+u) +yhf(χη,tn) 其中，χη为第η次仿真中状态变量χ的值，μ= 1 -VI/2，h为仿真步长，tn为第 η次仿真的时间，当W= 1 -VI/2时，算法具有S稳定特性。 以电感支路为例，该支路两阶段离散域下的差分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关时刻自校正的电力电子系统仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立电力电子系统中各支路中各元件的电磁暂态等效模型，包括以下步骤：(1‑1)设定电力电子系统中由电阻、电感、电容、传输线、电缆、发电机或电力电子开关组成的支路的微分方程形式为：dxdt=f(t,x)]]>其中，x为每条支路中上述各元件的状态变量，f为光滑的连续函数，t为仿真时间；(1‑2)将上述电力电子系统每条支路中电阻、电感、电容、传输线、电缆或发电机的微分方程转化为两阶段离散域下的差分方程：第一阶段：xn+μ＝xn+μhf(xn,tn)第二阶段：xn+1＝xn+(1‑μ)hf(xn+μ,tn+μ)+μhf(xn,tn)其中，xn为第n次仿真中状态变量x的值,h为仿真步长，tn为第n次仿真的时间；(1‑3)将上述步骤(1‑2)的差分方程改写为运算电导和诺顿等值电流形式，得到电力电子系统中电阻、电感、电容、传输线、电缆和发电机在两个阶段的电磁暂态等效模型：第一阶段：iK,n+μ＝GKvK,n+μ+IhistK,n第二阶段：iK,n+1＝GKvK,n+1+IhistK,n其中，K＝1,2…N1，N1为电力电子系统中由电阻、电感、电容、传输线、电缆或发电机构成的支路的支路数，vK,n+1,iK,n+1分别为第K条支路在第n+1次仿真时的电压和电流，GK为电子系统中第K条支路运算电导系数，Gk表示该支路诺顿等值运算电导值，IhistK,n为第K条支路在第n+1次仿真时的诺顿等值电流；(1‑4)建立各支路中电力电子开关的电磁暂态等效模型，即伴随离散化电路如下：iM,n+1＝GMvM,n+1+IhistM,nGM=(R+hC)-1=h/L]]>IhistM,n=-iMn,if sn+1=1G(vM,n-iM,nR),if sn+1=0]]>其中，M＝1,2…N2，N2为电力电子系统中电力电子开关支路数，vM,n+1,iM,n+1分别为第M个电力电子开关支路在第n+1次仿真时的电压电流，GM为第M个电力电子开关支路的运算电导系数，IhistM,n为第M个电力电子开关支路在第n+1次仿真时的诺顿等值电流，R、C分别为仿真时设定的电力电子开关在断开时的电阻参数和电容参数，L为仿真时设定的电力电子开关导通时的电感参数，sn+1为第n+1次仿真时电力电子开关的开关状态，sn+1＝1表示电力电子开关闭合，sn+1＝0表示电力电子开关断开；(1‑5)根据电力电子系统各节点在网络中的拓扑关系，将上述步骤(1‑3)和(1‑4)得到的各支路电磁暂态等效模型改写成矩阵形式，得到整个电力电子系统两个阶段的节点电压方程为：第一阶段：[G][vn+μ]＝[in+μ]+[Ihistn]第二阶段：[G][vn+1]＝[in+1]+[Ihistn]其中[vn+1],[in+1]分别为电力电子系统在第n+1次仿真时的电压电流向量，电压电流向量的维数等于电力电子系统网络的节点数，[Ihistn]为第n+1次仿真时的诺顿等值电流向量；(2)在每次仿真时，对电力电子系统在第二阶段中的开关状态进行检测，若没有检测到开关动作，则求解该次仿真时上述步骤(1‑5)的电力电子系统两个阶段的节点电压方程，得到电力电子系统中各节点的电压，若在第二阶段检测到故障或开关动作，则进行步骤(3)；(3)通过插值方法确定故障或开关动作时刻点，重新调整步骤(1‑2)中的μ值和h值，得到调整后的μ′和h′，使得第一阶段的仿真结束点与故障或开关动作时刻点重合，调整的方法为：μ值等于该次仿真时间终点到开关时刻点的时间除以开关时刻点到该次仿真时间起点的时间，通过几何关系确定；为了保证节点导纳矩阵不变，需要重新调整h值，计算如下：h′＝μh/μ′其中，μ,h为最初原始参数，μ′,h′为调整后的参数；(4)根据上述调整后的μ′和h′，将仿真时间回退到上一次，返回步骤(1‑2)，计算该次仿真时电力电子系统在两个阶段的节点电压方程；(5)对上述电力电子系统进行下一时刻的电磁暂态计算。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：舒德兀，张树卿，刘栋，朱琳，寇龙泽，
申请(专利权)人：清华大学，国网智能电网研究院，国家电网公司，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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