基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法技术

本发明专利技术公开了电力系统运行和控制技术领域的一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法。其技术方案是，建立含有IGBT、旁路二极管和电容元件，以及用于子模块控制和保护的旁路开关和旁路晶闸管元件的子模块等效模型，并根据CBuilder的程序开发语言，编写自定义子模块的程序，实现子模块的各种运行状态。本发明专利技术的有益效果是，提出的自定义子模块能正确模拟由单个元件组成的仿真模型，仿真精度高，并能结合载波相移调制策略，不需外部搭建电容均压控制器，即可实现子模块的电容均压，减少了控制器的占用资源。另外，子模块的输入端信号中可以输出表征子模块故障的信号，用于测试子模块的控保装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统运行和控制
，尤其涉及一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法。
技术介绍
近几年，随着风力发电、太阳能发电等可再生能源发电的发展，基于电压源换流器的轻型直流输电系统(VSC-HVDC)由于具有经济、灵活、高可控性等优点，得到了快速的应用和发展。轻型直流输电广泛应用于可再生能源比如大型风电场并网、分布式发电并网、孤岛供电、大城市电网供电、非同步交流电网互联、多端直流输电等领域。 但常规的VSC-HVDC系统一般采用两电平或三电平电压源型换流器，存在开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、换流站占地面积大的缺点，此外还存在串联器件动态均压的问题。模块化多电平换流器(MMC)新型灵活的拓扑结构很好的克服了传统VSC-HVDC输出电压谐波大、换流站占地面积大，开关损耗高的缺点，是目前最有前景的直流输电方式。基于MMC的轻型直流输电系统需要大量的子模块(SM，sub-module)串联，给实时仿真计算带来了巨大的挑战，特别是采用实时数字仿真器(real-time digitalsimulator, RTDS)对MMC换流器进行建模。在MMC系统中子模块是换流器最基本也是最重要的组成单元，子模块的运行情况关系到整个MMC系统的安全和可靠性，因此研究单个子模块故障以及控制保护策略对基于MMC的轻型直流输电系统具有重要的意义。但是在现有的RTDS软件中可用于MMC系统建模的元件，是封装好的桥臂，不能用于单个子模块故障的控保策略的研究，这给RTDS与外接控保装置的测试带来了困难，因此开发可用于单个子模块故障的MMC实时仿真系统，具有重大的现实意义的。
技术实现思路
针对
技术介绍
中所述的实时数字仿真器RTDS自带的模块化多电平换流器MMC元件不能用于研究单个子模块故障的控保策略问题，本专利技术提出了一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法。一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤步骤I :对模块化多电平换流器MMC子模块所包括的元件进行建模；步骤2 :在步骤I中得到的数学模型的基础上，得到子模块SM的等效模型；步骤3 :根据子模块不同的工作状态，将子模块等效模型，简化成电导为g，注入电流源为ih(t)的诺顿等效模型，确定子模块的计算模式；步骤4 :设定自定义子模块的输入输出变量及自定义子模块实现的功能；步骤5:定义子模块的参数和各节点的类型，并生成自定义子模块的头文件rtdsSM. h ；步骤6 :根据步骤2和步骤3得到的MMC子模块的等效模型与计算模式，以及在步骤5生成的头文件rtds SM.h，设计rtds SM的程序实现流程，并编写实现自定义子模块rtds SM的程序。步骤I中，具有控保电路的MMC子模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT、反并二极管、电容、旁路开关和旁路晶闸管，分别对子模块的五种元件进行建模；(I)电容等效模型电容的电压和电流的关系为权利要求1.一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤 步骤I :对模块化多电平换流器MMC子模块所包括的元件进行建模； 步骤2 :在步骤I中得到的数学模型的基础上，得到子模块SM的等效模型； 步骤3 :根据子模块不同的工作状态，将子模块等效模型，简化成电导为g，注入电流源为ih(t)的诺顿等效模型，确定子模块的计算模式； 步骤4 :设定自定义子模块的输入输出变量及自定义子模块实现的功能； 步骤5 :定义子模块的参数和各节点的类型，并生成自定义子模块的头文件rtdS_SM. h ； 步骤6 :根据步骤2和步骤3得到的MMC子模块的等效模型与计算模式，以及在步骤5生成的头文件rtds_SM. h,设计rtds_SM的程序实现流程,并编写实现自定义子模块rtds_SM的程序。2.根据权利要求I所述的一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述步骤I中，具有控保电路的MMC子模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT、反并二极管、电容、旁路开关和旁路晶闸管，具体对子模块的五种元件进行建模过程如下 (O电容等效模型 电容的电压和电流的关系为 应用梯形差分法将式(I)线性化，得3.根据权利要求I所述的一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，在步骤I中五个元件数学模型的基础上，由步骤I中的式(6)、(8)和(11)得到子模块SM的等效模型，得到SM输出的电压为4.根据权利要求I所述的一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述步骤3中，根据子模块不同的工作状态，将子模块的等效模型，进一步化简成电导为g，注入电流源为ih(t)的诺顿等效模型，得到子模块基本计算模式包括 模式I :等效电容充放电模式电导g=l/Rm+G。，注入电流源为ih(t)； 模式2 :小电阻短路模式电导g=l/Rm，注入电流源为O ; 模式3 :大电阻开路模式电导S=IzXff，注入电流源为O。5.根据权利要求I所述的一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述步骤6中，根据步骤2和步骤3得到的MMC子模块的等效模型与基本计算模式，以及在步骤5生成的头文件rtds_SM· h，设计rtds_SM的程序实现流程的过程包括以下步骤 步骤61 :根据所设定的输入变量，首先判断旁路开关信号Kf是否发生拒动故障 a)若&=1，表示不发生故障，则表征旁路开关实际动作的信号Ps就是等于输入的旁路开关动作信号K ； b)若KF=0，表示发生拒动故障，则判断旁路开关的输入动作信号K，若K=I，表示外界输入的开关信号是断开的，为了表示拒动，开关的实际动作信号Ps是不断开，因此令Ps=O;同理当K=O时，令Ps=I ； 步骤62 :同时对旁路晶闸管的信号进行处理 T是晶闸管接收的外界输入触发导通信号，Tt是一个判断输入信号T上升沿的一个变量，一旦检测到T的值为I时，令Tt = 1，晶闸管收到触发导通信号；否则，Tt = O,晶闸管没有收到触发导通信号； 步骤63 :然后先对旁路开关的实际动作信号Ps进行判断，旁路开关是否闭合 1)若Ps=0，表示旁路开关是闭合的，则子模块直接进入小电阻计算模式2； 2)若&=1，表示旁路开关是断开的，继续判断晶闸管的导通信号Tt的情况； 步骤64 :判断晶闸管的导通信号Tt的情况 步骤641 :若1\ = 1，则说明晶闸管的触发信号是导通，那么子模块需要判断子模块的两个节点的电位大小Vni和Vn2的关系 I.I)若VN1>VN2，则说明晶闸管反向不导通，判断IGBT是否发生故障S1F和S2f分别表示上IGBT1和下IGBT2的故障信号，具体步骤如下 a)若S2F=1，表示下IGBT2发生短路故障，此时子模块直接进入小电阻短路计算模式2，同时令子模块状态切换信号变ΤΕΜ_Ρ=0 ； b)若S2F=0，表示下IGBT2不发生故障，则此时再进一步判断上IGBT1是否发生故障； ①S1F=1，表示上IGBT1发生短路故障，当FP2>0，即为高电平时，Fpi为低电平，子模块进入计算模式2，同时令变量ΤΕΜ_Ρ=0 ;否本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RTDS的MMC自定义子模块的设计方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1：对模块化多电平换流器MMC子模块所包括的元件进行建模；步骤2：在步骤1中得到的数学模型的基础上，得到子模块SM的等效模型；步骤3：根据子模块不同的工作状态，将子模块等效模型，简化成电导为g，注入电流源为ih(t)的诺顿等效模型，确定子模块的计算模式；步骤4：设定自定义子模块的输入输出变量及自定义子模块实现的功能；步骤5：定义子模块的参数和各节点的类型，并生成自定义子模块的头文件rtds_SM.h；步骤6：根据步骤2和步骤3得到的MMC子模块的等效模型与计算模式，以及在步骤5生成的头文件rtds_SM.h，设计rtds_SM的程序实现流程，并编写实现自定义子模块rtds_SM的程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘崇茹，林雪华，李海峰，林周宏，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：