[发明专利]一种电力电子设备数字仿真建模的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统数字仿真技术领域，特别涉及一种电力电子设备数字仿真建模的方法。

背景技术

EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC system）是一个电力系统电磁暂态仿真分析软件，它具有精确和丰富的电力系统元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，此外还允许用户自定义元件，通过编写自定义元件的代码脚本或调用用户自定义程序等方式实现更加复杂的功能。它是进行电力系统分析和工程研究的有力工具，在全世界范围内有着广泛的应用。

电力电子设备主要由晶闸管等半导体器件以及相应的辅助设备构成，在现代电力系统中得到了大量的应用。常见的电力电子设备包括高压直流输电系统（HVDC）、静止无功补偿器（SVC）及柔性直流输电系统（HVDC_Light）等。半导体器件在运行过程中需要受到脉冲信号的控制，实现导通和（或）关断。半导体器件构成的电力电子设备可控性好、运行方式灵活，但是往往具有非线性的特点，在对包含电力电子设备的电力系统进行研究时很难仅仅依靠解析方法，而是经常采用仿真方法。

实际电力电子设备的控制保护程序非常复杂，不仅有复杂的功能逻辑，而且还有复杂的程序调度机制，即每页程序都有自己的执行周期，只有时间上达到执行周期的整数倍时，该程序页才会被执行，而时间上没有达到执行周期整数倍的其它程序不会被执行。这些程序执行周期与仿真模型的仿真计算时间步长之间并没有必然联系，即程序执行周期不一定正好等于仿真计算时间步长或是其整数倍。

在实际电力电子设备的控制保护系统中，产生触发脉冲的程序逻辑比较复杂，并且该部分程序专门由FPGA芯片负责执行，执行周期很小（一般是100ns），与仿真模型通常使用的仿真计算时间步长（一般是50us）不在一个数量级，因此仿真时一般也很少对此部分进行详细模拟。

在实际电力电子设备的运行中，电力系统输出的模拟量都是连续量，电力电子设备的控制保护系统按照自身接口程序的执行周期对输入的连续模拟量进行采样，然后送给控制保护应用程序进行逻辑运算。而在数字仿真模型中，一次系统设备都是在仿真模型中通过元件的程序代码模拟的，其程序代码都是按照仿真模型的仿真计算时间步长为周期执行，输出的模拟量都是分布在仿真计算时间步长上的离散量，而这些离散量对应的时刻往往与控制保护应用程序执行周期上的时刻并不重合。因此，在仿真模型的控制保护系统中如果不对输入的模拟量进行额外的处理，在进行逻辑运算时所使用的模拟量就与实际工程程序中使用的模拟量存在差异，这也会导致仿真计算结果的不精确。

使用非实时电磁暂态数字仿真软件（例如EMTDC）进行仿真研究，是常用的仿真方法。目前通常采用的建模方法是，从仿真软件自带的一次系统和二次系统元件库中选择需要的基本元件，在仿真软件人机界面中搭建出所需的一次系统结构和简化的二次系统控制保护逻辑。由于电力电子设备的实际控制保护逻辑十分复杂，因此在进行二次系统建模时都会先进行大量简化，然后再按照简化后的逻辑，选用基本的逻辑符号搭建而成。其次，由于仿真软件的功能局限性，一般对整个仿真模型设置统一的仿真计算时间步长（例如50us），在进行仿真计算时，每个仿真计算时间步长中所有一次系统和二次系统元件代码都会被执行一遍。另外，虽然电力电子设备一般都是由触发脉冲进行控制的，为了建模方便，在许多情况下控制保护逻辑对电力电子设备的控制往往只采用了控制角度进行控制，即使进一步使用触发脉冲进行控制，从控制角度产生触发脉冲的过程往往也进行了原理性的简化。

由上述内容可见，目前在进行电力电子设备的数字仿真建模时，往往都进行了大量的简化。虽然这种建模方法很常用，但是开发出来的仿真模型精度较低，只能进行一些简单的、原理性的仿真计算，对于许多复杂的运行工况和控制保护逻辑，仿真结果很难与实际电力系统的运行情况保持一致，有必要进行改进。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电力电子设备数字仿真建模的方法，其可对包含电力电子设备的电力系统进行高精度的仿真计算，与实际工程的运行结果保持高度一致。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电力电子设备数字仿真建模的方法，包括如下步骤：

（1）按照实际电力系统的拓扑结构和参数，搭建出仿真模型的一次系统；