一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換 流器臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】 陽(yáng)00引近年來(lái)，由西口子公司提出的模塊化多電平換流器(MMCM子模塊為半橋結(jié)構(gòu)）已 成為柔性直流輸電系統(tǒng)的首選換流器拓?fù)?。我?guó)建設(shè)的柔性直流輸電工程中，上海南匯 工程、南澳Ξ端工程、舟山五端工程都采用MMC結(jié)構(gòu)。美國(guó)直流輸電跨灣工程（Trans Bay C油le Project, TBC)和法國(guó)一西班牙聯(lián)網(wǎng)工程（I肥LFE工程)也采用MMC結(jié)構(gòu)。因此，MMC 已由最初的低電壓、小容量示范工程向高電壓、大容量方向快速發(fā)展，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前 景。
[0003] 但是在實(shí)際工程正式投運(yùn)之前，必須對(duì)MMC模型進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真W驗(yàn)證所設(shè)計(jì) 控制算法和選擇的系統(tǒng)參數(shù)的合理性，且仿真高頻開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作過(guò)程時(shí)，必須設(shè)置的合理 仿真步長(zhǎng)，否則嚴(yán)重影響仿真精度和MMC輸出特性。
[0004] 目前，有文獻(xiàn)給出了采樣頻率的臨界值計(jì)算方法，但是該臨界值只適用于實(shí)際MMC 工程或動(dòng)模試驗(yàn)中物理樣機(jī)控制器觸發(fā)頻率提出的參考值；有文獻(xiàn)給出了 MMC仿真步長(zhǎng)的 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，該公式在低電平時(shí)較為實(shí)用，但是高電平時(shí)巧日401電平)，并不能滿足精確 輸出MMC對(duì)應(yīng)電平下的臺(tái)階數(shù)的要求，影響了 MMC的輸出特性。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)研究MMC最近電平逼近調(diào)制（NLM)原理，分析調(diào)制波和階梯波之間的 關(guān)系，推導(dǎo)得出了適合于電磁暫態(tài)軟件中MMC臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法。當(dāng)仿真步長(zhǎng)小于 等于該臨界仿真步長(zhǎng)時(shí)，MMC模型能夠在仿真軟件中精確仿真出該電平下對(duì)應(yīng)的臺(tái)階數(shù)，從 而體現(xiàn)該電平下MMC的模塊化多電平的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述【背景技術(shù)】中提到的模塊化多電平換流器在電磁暫態(tài)軟件中如何設(shè)置合 適的仿真步長(zhǎng)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真 步長(zhǎng)的計(jì)算方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真步 長(zhǎng)的計(jì)算方法，其特征是該設(shè)計(jì)方法包括W下步驟： 步驟1 :分析MMC最近電平逼近調(diào)制中參考波的波形特性和電磁暫態(tài)仿真軟件中波形 展現(xiàn)的方式； 步驟2 :通過(guò)分析MMC階梯波跳變情況，計(jì)算出極限情況下過(guò)零點(diǎn)的兩個(gè)臺(tái)階之間的電 壓差； 步驟3 :將參考電壓離散化，推導(dǎo)得出電磁暫態(tài)仿真軟件中MMC臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算公 式。 陽(yáng)00引本發(fā)明中的計(jì)算方法計(jì)算出MMC臨界仿真步長(zhǎng)，可W保證MMC精確輸出對(duì)應(yīng)電平 下的臺(tái)階數(shù)，不會(huì)出現(xiàn)電平丟失情況，對(duì)電磁暫態(tài)仿真軟件中MMC模型仿真十分實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明中為MMC最近電平逼近調(diào)制原理圖； 圖2為本發(fā)明中所提出的MMC臨界仿真步長(zhǎng)計(jì)算方法中仿真步長(zhǎng)與電平數(shù)的關(guān)系說(shuō)明 圖； 圖中各符號(hào)：圖1中U。表示子模塊電容電壓平均值；化ef-橋臂電壓參考值； 圖2中U。表示子模塊電容電壓平均值；ul表示過(guò)零點(diǎn)某一時(shí)刻t對(duì)應(yīng)的參考波電壓值 ul ; ΔΤ表示仿真步長(zhǎng)；u2表示t+ΔΤ時(shí)刻對(duì)應(yīng)的參考波電壓值u2 ; AU=ul-u2,表示電壓 ul與u2之差。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合《說(shuō)明書(shū)附圖》中的全部附圖，對(duì)本發(fā)明設(shè)及的一種電磁暫態(tài)仿真軟件中 模塊化多電平換流器臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0011] 步驟1:分析MMC最近電平逼近調(diào)制中參考波的波形特性和電磁暫態(tài)仿真軟件中 波形展現(xiàn)的方式。
[0012] MMC應(yīng)用最為普遍的調(diào)制方式為最近電平遍近調(diào)制（Nearest Level Mo化lation， NLM)也稱作量化取整法，其原理與數(shù)字電路中的A/D變換類似，如圖1所示。它的工作機(jī)理 是從換流器所能生成的電平中選擇與調(diào)制波采樣值最接近的數(shù)字作為控制指令，然后觸發(fā) 相應(yīng)數(shù)目的子模塊產(chǎn)生所需的電平輸出。最近電平逼近調(diào)制在選擇最鄰近電平時(shí)可基于W 下公式得到：
式中，N(t)-橋臂需要投入的子模塊數(shù)目；U。一子模塊電容電壓平均值；化ef-橋臂 電壓參考值；"[X]"表示對(duì)X按四舍五入原則取整。
[0013] 從輸出電壓波形上看，最近電平逼近調(diào)制類似于階梯波調(diào)制，是逼近于正弦波的 階梯波。為了使MMC的每個(gè)子模塊得到充分利用，即每個(gè)子模塊都能輸出對(duì)應(yīng)的一個(gè)電平， 則參考電壓波形的每個(gè)階梯就應(yīng)展現(xiàn)對(duì)應(yīng)的電平。正弦波在峰值處斜率最小，最為平坦；在 過(guò)零點(diǎn)處斜率最大，坡度最睹。因正弦波在過(guò)零點(diǎn)處斜率最大，參考電壓的階梯波在過(guò)零點(diǎn) 附近處最容易丟失電平。
[0014] 在仿真軟件中，要使得每個(gè)電平對(duì)應(yīng)的臺(tái)階都出現(xiàn)，至少要有兩個(gè)連續(xù)的仿真時(shí) 刻保持電平不變化才能體現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階。此處W過(guò)零點(diǎn)的電平為例，結(jié)合圖2分析仿真步長(zhǎng) 的求取問(wèn)題。在仿真軟件中，波形輸出是W描點(diǎn)連線的方式體現(xiàn)臺(tái)階，所W每?jī)蓚€(gè)臺(tái)階之間 是由斜坡聯(lián)接，并且斜坡映射到時(shí)間軸的長(zhǎng)度為一個(gè)仿真步長(zhǎng)AT。 陽(yáng)01引步驟2:在t時(shí)刻，要使階梯跳變，參考波鎮(zhèn)線正弦波)的t時(shí)刻對(duì)應(yīng)值ul應(yīng)滿足 [ul] =0,即0<ul<Ut/2。要使得過(guò)零的電平保持，參考波(實(shí)線正弦波)的t+ Δ T時(shí)刻對(duì)應(yīng)值u2 應(yīng)滿足帖]=0,即-Uc/2<u2<0。設(shè)Δ u=ul-u2,為了防止t+ A τ時(shí)刻階梯直接跳變到-Uc電 平，即u2滿足要求，則AU《Uc/2。圖2中虛線正弦波所示參考波為本推論的極限情況，該 參考波此時(shí)在t時(shí)刻過(guò)零，若在仿真的t+ Δ T時(shí)刻，參考波縱坐標(biāo)增量Δ U =Uc/2時(shí)，[u2]= -1，會(huì)發(fā)生電平數(shù)變化。所W在求取最大仿真步長(zhǎng)時(shí)，計(jì)算出的小數(shù)需要向小取整，W避免 極限情況發(fā)生的電平丟失。
[0016] 步驟3:充忽略參考電壓中的直流分量，假設(shè)參考電壓的表達(dá)式為：
其中k為電壓調(diào)制比，ω。為基波角頻率，Ud。為換流器直流電壓。參考電壓在一個(gè)仿真 步長(zhǎng)AT內(nèi)的變化量為
由上述推導(dǎo)可知，要使得參考波完全地顯示每個(gè)電平數(shù)，一個(gè)仿真步長(zhǎng)AT內(nèi)的參考 波的變化量最大值應(yīng)不大于&/2,結(jié)合式（3)得
有了 MMC對(duì)應(yīng)電平下的仿真步長(zhǎng)，就能夠在仿真軟件中精確仿真出該電平下的臺(tái)階 數(shù)，從而體現(xiàn)該電平下MMC的模塊化多電平的特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法，其特征是 該計(jì)算方法包括以下步驟： 步驟1 :分析MMC最近電平逼近調(diào)制中參考波的波形特性和電磁暫態(tài)仿真軟件中波形 展現(xiàn)的方式； 步驟2 :通過(guò)分析MMC階梯波跳變情況，計(jì)算出極限情況下過(guò)零點(diǎn)的兩個(gè)臺(tái)階之間的電 壓差； 步驟3 :將參考電壓離散化，推導(dǎo)得出電磁暫態(tài)仿真軟件中MMC臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算公 式。2. 基于權(quán)利要求1中所述的一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真 步長(zhǎng)的計(jì)算方法，其特征是步驟2所得結(jié)論是基于步驟1中MMC參考波的波形特性和電磁 暫態(tài)仿真軟件中波形以描點(diǎn)畫(huà)線的展示方式，步驟3中參考電壓離散化，是依賴步驟2中所 得極限情況下過(guò)零點(diǎn)的兩個(gè)臺(tái)階之間的電壓差的結(jié)論，進(jìn)而推導(dǎo)出臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算公 式。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電磁暫態(tài)仿真軟件中模塊化多電平換流器臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算方法，屬輸配電技術(shù)領(lǐng)域。模塊化多電平換流器（MMC）在電磁暫態(tài)仿真時(shí)，計(jì)算出臨界仿真步長(zhǎng)作為設(shè)置仿真步長(zhǎng)的參考值，可以保證MMC模型在仿真軟件中精確輸出該電平下對(duì)應(yīng)的臺(tái)階數(shù)，從而體現(xiàn)該電平下MMC的模塊化多電平的特性。本發(fā)明的核心技術(shù)方案是：首先，分析MMC最近電平逼近調(diào)制中參考波的波形特性和電磁暫態(tài)仿真軟件中波形展現(xiàn)的方式；然后通過(guò)分析MMC階梯波跳變情況，計(jì)算出極限情況下過(guò)零點(diǎn)的兩個(gè)臺(tái)階之間的電壓差；最后，將參考電壓離散化，推導(dǎo)得出電磁暫態(tài)仿真軟件中MMC臨界仿真步長(zhǎng)的計(jì)算公式。該方法對(duì)MMC的研究具有重要的理論意義。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105631088
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510776971
【發(fā)明人】趙成勇, 熊巖, 許建中
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日