适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法制造技术

本发明专利技术公开了一种适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法，本发明专利技术的算法省略了传统EMTP算法中复杂的开关处理子模块，同时增加了2个子模块分别用于预测分段平均模型的参数和校正参数不准确带来的仿真误差。本发明专利技术可灵活地应用PWM变流器的分段平均进行仿真；本发明专利技术在采用较大的积分步长仿真的同时能够确保仿真结果的正确性，更加便于在实际电力系统中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统电磁暂态仿真
，具体涉及一种适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法。
技术介绍
我国区域电网互联正在不断加强，为了保持互联大系统安全高效运行，有必要对全网进行一体化的仿真分析。在对分布式发电系统和微电网进行暂态仿真时，需要采用电磁暂态仿真(EMTsimulation)技术。目前应用最为广泛的电磁暂态仿真方法是由Dommel提出的EMTP方法。在EMTP中，PWM变流器通常采用详细模型描述，即对构成PWM变流器的每个电力电子开关单独建模，并按照一定的拓扑连接起来。该模型物理概念明确且简单易用，但在每次开关动作后均需要更新节点导纳矩阵并重新LU分解，增加了 EMT仿真的计算量。同时，需引入特殊算法来定位准确的开关动作时刻，并抑制可能出现的数值振荡，这些额外的算法进一步增加了 PWM变流器仿真的计算量。已有研究表明，可采用PWM变流器的状态空间平均模型替代详细模型实现EMT仿真。PWM变流器的状态空间平均模型用一组连续的微分代数方程描述其动态。目前，常用的状态空间平均模型有I)理想平均模型；2)考虑开关频率的平均模型； 3)分段平均模型其中，理想平均模型最为简单，但在某些场合无法得到正确的系统动态；考虑开关频率的平均模型推导过程十分复杂且对应用场合有严格的限制，难以推广；较为通用的是PWM变流器分段平均模型，适用于多种不同拓扑结构的PWM变流器，为实现基于平均模型的快速EMT仿真奠定了理论基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法，该算法忽略了传统EMTP计算流程中复杂的开关事件处理模块，同时增加了 “分段平均模型参数预测与更新子模块”和“分段平均模型误差校正子模块”，以实现对分段平均模型的系数更新和误差校正。本专利技术采用的技术方案是:适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法，其特征在于，具体算法流程如下:步骤(I)、初始化:引入PWM变流器和相应控制系统的参数并设定仿真参数；以ts表示仿真起始时刻，te表示仿真结束时刻，h表示仿真步长；ts通常取Os, te根据仿真需要选择，一般取0.1s、.5s，h通常取I μ Γ5 μ S，同时设定误差限度ε ;步骤(2)、形成节点导纳矩阵Y ；步骤(2.1)、形成PWM变流器分段平均模型；包含m组独立开关的PWM变流器的分段平均模型为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法，其特征在于，具体算法流程如下：步骤（1）、初始化：引入PWM变流器和相应控制系统的参数并设定仿真参数；以ts表示仿真起始时刻，te表示仿真结束时刻，h表示仿真步长；ts通常取0s，te根据仿真需要选择，一般取0.1s~0.5s，h通常取1?μs~5?μs，同时设定误差限度ε；步骤（2）、形成节点导纳矩阵Y；步骤（2.1）、形成PWM变流器分段平均模型；包含m组独立开关的PWM变流器的分段平均模型为：y.=A0y+b0+Σi=1m[(Aiy+bi)Di]---(1)式中：t为时间；y为状态变量平均值向量；为y对时间t的微分，即；Ai,bi,i=0,1,…,m为系数矩阵或向量；Di,i=1,2,…,m为开关函数的分段平均值，定义如下：Di(t)=1T∫t0t0+TSi(s)ds,t∈[t0,t0+T)---(2)式中：T为开关周期；t0为t时刻所在开关周期的起始时刻，即载波信号取最大值的时刻；Si,i=1,2,…,m为开关函数，用于表示第i组开关的状态，取值为1或0；步骤（2.2）、整理模型；将式(1)整理成如下形式：y.=Ay+b---(3)其中A=A0+Σi=1mAiDi,b=b0+Σi=1mbiDi---(4)对于PWM变流器的分段平均模型，其端口电压项与电流项可能出现在状态变 量平均值y或系数b中，取决于PWM变流器的拓扑结构及对状态变量的选择；步骤（2.3）、应用梯形积分法；对式(3)应用梯形积分法，可得y(t)-y(t-Δt)Δt=Ay(t)+y(t-Δt)2+b(t)+b(t-Δt)2步骤（2.4）、形成诺顿等值方程；通过移项，即可将式(5)转换为如式(6)的诺顿等值方程：?在EMTP中，需要采用梯形积分法将元件方程离散化并表示成诺顿等值的形式，即Ib(t)=YneUb(t)+Ine(t?Δt)(6)式中：Ib为端口电流向量；Ub为端口电压向量；Yne为元件的诺顿等值导纳矩阵；Ine为元件的诺顿等值电流向量。得到节点导纳矩阵Y之后，进入迭代；步骤（3）、判断当前时刻是否为开关周期起始时刻；若是，则运行分段平均模型参数预测与更新子模块，否则则跳过此模块直接进入步骤（3.2）；步骤（3.1）、分段平均模型参数预测与更新子模块；步骤（3.1.1）、预测状态变量平均值y；考虑到系统状态通常变化缓慢，且开关周期通常较小，故可假设y在一个开关周期中线性变化，变化率由下式计算：s=yend-ystartT---(7)式中：s为y的变化率预测值；ystart和yend分别为y在上一开关周期起始时刻和结束时刻的瞬时值，T为开关周期；步骤（3.1.2）、设定开关状态转换时刻初值ts10,ts20；可通过对前两个开关周期中开关状态的转换时刻线性外插得到；不妨设当前为第k个开关周期，则有ts10=2ts1(k-1)-ts1(k-2)ts20=2ts2(k-1)-ts2(k-2)---(8)步骤（3.1.3）、迭代计算开关状态转换时刻预测值ts1f,ts2f；在每次迭代计算中，首先确定纹波函数表达式ψ，得到状态变量瞬时值x=y+Tψ，接着求解控制系统获得调制信号vm，进而比较调制信号与载波信号得到ts1f,ts2f；若预测值与初值之差的范数小于给定正数ε1，则预测完成；否则，将预测值作为新的初值，进入下一次迭代计算；步骤（3.1.4）、根据ts1f,ts2f更新分段平均模型和纹波函数的系数；步骤（3.1.5）、修正节点导纳矩阵Y并重新LU分解；步骤（3.2）、仿真时间增加一个时步：t=t+Δt；步骤（4）、形成并求解节点电压方程；步骤（4.1）、计算各元件的诺顿等值电流，并形成节点诺顿等值电流向量I；其中，每个节点的等值电流，都可以认为是注入节点的电流源电流和历史项电流根据基尔霍夫电流定律组合而成的；步骤（4.2）、求解节点电压方程YU=I，其中U为节点电压向量，Y为节点导纳矩阵；步骤（4.3）、计算各元件的内部变量x，如支路电压、电流；根据元件特性和基尔霍夫电压、电流定律得到内部变量，为下一步迭代计算电流向量I做准备；步骤（5）、判断当前时刻是否为开关周期结束时刻；若是则运行分段平均模型误差校正子模块，否则跳过此模块直接进入步骤（6）；步骤（5.1）、分段平均模型误差校正子模块；步骤（5.1.1）、由求解结果确定开关状态转换时刻ts1,ts2；步骤（5.1.2）、将ts1,ts2...

【技术特征摘要】
1.适用PWM变流器平均模型的改进EMTP算法，其特征在于，具体算法流程如下: 步骤(I)、初始化:引入PWM变流器和相应控制系统的参数并设定仿真参数； 以ts表示仿真起始时刻，te表示仿真结束时刻，h表示仿真步长；ts通常取Os,...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀琼，许寅，陈颖，陈来军，白先红，陈卫东，
申请(专利权)人：清华大学，广西电网公司，
类型：发明
国别省市：