一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序一般都基于Dommel算法，主要采用隱式梯形積分算法。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)中出現(xiàn)各種基于可控電力電子器件的電力電子裝置，它們本質(zhì)上是大量開關(guān)模型的高頻動作，傳統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真算法在處理含電力電子器件的模型時存在數(shù)值振蕩、開關(guān)動作不能精確到準確時刻、不能正確處理同步開關(guān)的問題。為了提高仿真精度，一種有效且被廣泛使用的方法是線性插值算法，但是，可控電力電子器件脈沖觸發(fā)動作時，因為電壓和電流皆為非零值，采用傳統(tǒng)插值算法會引入虛擬功耗。
[0003]如圖3所示，以IGBT觸發(fā)導(dǎo)通為例，采用傳統(tǒng)插值算法獲取IGBT的電壓和電流。具體為包括:
[0004]①程序在執(zhí)行t時刻計算時，開關(guān)的觸發(fā)脈沖由O跳變至I，且觸發(fā)脈沖發(fā)生在t和t-At時刻之間，本時步開關(guān)狀態(tài)不更新，只執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)求解；
[0005]②基于t和t_ Λ t時刻電壓、電流值，將所有節(jié)點電壓、電流插值至觸發(fā)脈沖到達時刻tz ；
[0006]③改變開關(guān)狀態(tài)，修改導(dǎo)納陣，重新LU分解，向前積分一個步長至tz+Λ t時刻；
[0007]④將所有節(jié)點電壓、電流插值回正常步長t ;
[0008]⑤向前積分一個步長至t+ Δ t時刻。
[0009]通過降低仿真步長雖然可以獲得準確的功耗，但計算負擔(dān)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法，在未改變仿真步長的情況下，有效避免了可控電力電子器件脈沖觸發(fā)動作產(chǎn)生的虛擬功率損耗。
[0011]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0012]一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法，所述方法包括:
[0013](I)構(gòu)建含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程；
[0014](2)定義可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻％，獲?。r刻系統(tǒng)注入的電流源
Itz-Δ t?
[0015](3)通過Itz_At求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓；
[0016](4)迭代積分仿真步長，插值回基準步長。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟⑴中含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程為:
[0018]GtUt= It-At(I)
[0019]其中，Gt表示考慮可控電力電子器件通斷狀態(tài)的導(dǎo)納矩陣，I t為注入系統(tǒng)的電流源，At為仿真步長，Ut為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟⑵中獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解時注入系統(tǒng)的電流源I tz_A^括，可控電力電子器件的觸發(fā)脈沖由O跳轉(zhuǎn)至1，此時所述觸發(fā)脈沖發(fā)生在t和t-At時刻之間記為 tz，t-Δ t<tz<t ；
[0021]判斷t時刻上一個仿真步長和上上一個仿真步長之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行插值計算。
[0022]進一步地，所述插值計算具體包括，判斷t時刻上一個仿真步長t_ Δ t和上上一個仿真步長t-2 Δ t之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件；若存在，采用外插值法獲取可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源it“t，若不存在，則采用內(nèi)插值完成獲取。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(3)中求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓包括，更新可控電力電子器件通斷狀態(tài)，更新導(dǎo)納矩陣Gtz，將所述導(dǎo)納矩陣Gtz進行LU分解，將分解后的導(dǎo)納矩陣和脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源入含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程重新求解。
[0024]進一步地，所述步驟(4)具體包括，采用固定步長積分法，將tz向前迭代積分一個仿真步長At，每次積分之后都要進行事件搜索和插值計算，直至該步長內(nèi)無事件發(fā)生后，所有節(jié)點電壓、電流插值返回基準步長t。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的有益效果是:
[0026]執(zhí)行可控電力電子器件插值算法時，在脈沖觸發(fā)動作時刻插入網(wǎng)絡(luò)重新求解，求解過程中無需改變仿真步長，僅通過內(nèi)外插值法獲取網(wǎng)絡(luò)重新求解步長的系統(tǒng)注入電流源；解決了可控電力電子器件脈沖觸發(fā)動作采用傳統(tǒng)插值算法時，因電壓和電流都為非零值而引來的虛擬功率損耗問題。從而提高了定步長電磁暫態(tài)仿真軟件在基于可控器件的電力電子裝置仿真的準確性，加強了對風(fēng)電、光伏、儲能、柔性直流等廣泛應(yīng)用裝置的仿真試驗和分析研宄能力。
【附圖說明】
[0027]圖1為抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真功耗的方法流程圖；
[0028]圖2為IGBT觸發(fā)導(dǎo)通的曲線結(jié)構(gòu)示意圖；其中:1_向前一步網(wǎng)絡(luò)求解，2_獲取網(wǎng)絡(luò)重新求解的系統(tǒng)注入電流源，3-開關(guān)動作時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解，4-向前一步網(wǎng)絡(luò)求解，5-插值回正常時步，6-向前一步網(wǎng)絡(luò)求解；
[0029]圖3為傳統(tǒng)插值算法獲得的IGBT觸發(fā)導(dǎo)通曲線結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的詳細說明。
[0031]如圖1所示，一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法，所述方法包括:
[0032](I)構(gòu)建含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程；步驟(I)中含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程為:
[0033]GtUt= I t_At(I)
[0034]其中，Gt表示考慮可控電力電子器件通斷狀態(tài)的導(dǎo)納矩陣，I ,…為注入系統(tǒng)的電流源，下標t為仿真時刻，Λ t為仿真步長，Ut為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓。
[0035](2)定義可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻tz，獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解的系統(tǒng)注入的電流源Itz-At;
[0036]步驟⑵中獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解的注入系統(tǒng)的電流源I tz_At包括，可控電力電子器件的觸發(fā)脈沖由O跳轉(zhuǎn)至I，此時所述觸發(fā)脈沖發(fā)生在t和t-Δ t時刻之間記為tz，t- Δ t〈tz〈t ；
[0037]判斷t時刻上一個仿真步長和上上一個仿真步長之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行插值計算。
[0038]所述插值計算具體包括，判斷t時刻上一個仿真步長t-At和上上一個仿真步長t_2 At之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件；若存在，采用外插值法獲取可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源it“t，若不存在，則采用內(nèi)插值完成獲取。
[0039](3)通過Itz_At求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓；
[0040]步驟(3)中求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓包括，更新可控電力電子器件通斷狀態(tài)，更新導(dǎo)納矩陣Gtz，進行LU分解，將分解后的導(dǎo)納矩陣和脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源Itz-^A入含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程，進行可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解。
[0041](4)迭代積分仿真步長，插值回基準步長。
[0042]步驟(4)具體包括，采用固定步長積分法，將tz向前迭代積分一個仿真步長At，每次積分之后都要進行事件搜索和插值計算，直至該步長內(nèi)無事件發(fā)生后，所有節(jié)點電壓、電流插值返回基準步長t。
[0043]以IGBT觸發(fā)導(dǎo)通為例，如圖2所示，獲得IGBT的電壓和電流曲線。與傳統(tǒng)插值算法相比消除了虛擬功耗，其步驟如下:
[0044]①程序在執(zhí)行t時刻計算時，開關(guān)的觸發(fā)脈沖由O跳變至I，且觸發(fā)脈沖發(fā)生在t和t-At時刻之間，本步長開關(guān)狀態(tài)不更新，只執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)求解；
[0045]②基于t和t_ Λ t時刻電壓、電流值，將所有節(jié)點電壓、電流插值至觸發(fā)脈沖到達時刻tz;
[0046]③改變開關(guān)狀態(tài)，修改導(dǎo)納陣，重新LU分解，向前積分一個步長至tz+ Δ t時刻；
[0047]④將所有節(jié)點電壓、電流插值回正常步長t ;
[0048]⑤向前積分一個步長至t+ Δ t時刻。
[0049]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本申請的技術(shù)方案而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請后依然可對申請的【具體實施方式】進行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請待批的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法，其特征在于，所述方法包括: (1)構(gòu)建含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程； (2)定義可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻tz，獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解的系統(tǒng)注入的電流源Itz_At; (3)通過Itz_At求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓； (4)迭代積分仿真步長，插值回基準步長。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)中含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程為: GtUt= I t-At⑴ 其中，Gt表示考慮可控電力電子器件通斷狀態(tài)的導(dǎo)納矩陣，I ,_&為注入系統(tǒng)的電流源，下標t為仿真時刻，Δ t為仿真步長，Ut為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解的注入系統(tǒng)的電流源Itz-M包括，可控電力電子器件的觸發(fā)脈沖由O跳轉(zhuǎn)至1，此時所述觸發(fā)脈沖發(fā)生在t和t- Δ t時刻之間記為tz，t- Δ t〈tz〈t ； 判斷t時刻上一個仿真步長和上上一個仿真步長之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件，根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行插值計算。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述插值計算具體包括，判斷t時刻上一個仿真步長t- Δ t和上上一個仿真步長t-2 Δ t之間是否存在導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的事件；若存在，采用外插值法獲取可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源Itz-At^若不存在，則采用內(nèi)插值完成獲取。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓包括，更新可控電力電子器件通斷狀態(tài)，更新導(dǎo)納矩陣Gtz，進行LU分解，將分解后的導(dǎo)納矩陣和脈沖觸發(fā)時刻注入系統(tǒng)的電流源Itz-^t代入含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程，進行可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)具體包括，采用固定步長積分法，將tz向前迭代積分一個仿真步長Λ t，每次積分之后都要進行事件搜索和插值計算，直至該步長內(nèi)無事件發(fā)生后，所有節(jié)點電壓、電流插值返回基準步長t。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種抑制可控電力電子器件電磁暫態(tài)仿真虛擬功耗的方法，包括：構(gòu)建含可控電力電子器件的網(wǎng)絡(luò)方程；定義可控電力電子器件脈沖觸發(fā)時刻tz，獲取tz時刻網(wǎng)絡(luò)重新求解時系統(tǒng)注入的電流源Itz-Δt；通過Itz-Δt求取脈沖觸發(fā)時刻的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓；迭代積分仿真步長，插值回基準步長。通過該方法有效避免了可控電力電子器件脈沖觸發(fā)動作產(chǎn)生的虛擬功率損耗，提高了可控電力電子器件的仿真能力。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104951634
【申請?zhí)枴緾N201510434970
【發(fā)明人】彭紅英, 田芳, 張星, 徐得超, 穆清, 張爽, 高峰, 黃永寧, 劉敏, 孫麗香, 陳緒江, 王峰
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月22日