[发明专利]电力电子开关插值实时仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统，特别是一种用于电力系统的电力电子开关插值实时仿真方法。

背景技术

我国的能源分布与地区发展极不平衡，因而需要建设西电东送等一系列远距离输电工程。为了解决电能传输效率低，新能源接入不稳定等问题，我国电网广泛引入了高压直流输电、柔性交流输电以及分布式发电技术等新技术，其中包含了大量的含有电力电子开关元件的FACTS、整流和逆变装置、无功补偿装置(SVC、STATCOM)等装置，电力网络运行控制日益复杂。现代电力系统的发展趋势是跨区域联网运行，除了少数省份外，我国已经实现了跨省电网的互联，但由于交流联网具有故障传播速度快、事故波及面大的特点，电力系统振荡或失稳现象比较突出，特别是易于形成区域性振荡模式，系统运行模式更为复杂，这些都对电力系统的运行与控制提出了更高的要求。

系统数字仿真是指利用计算机数值模型研究系统在一定时间内的工作特征，电力系统数字仿真是其中的一个重要分支。电力系统数字仿真不受原型系统规模以及结构复杂性限制的优势，成为电力系统规划、调度运行以及开展试验研究的重要工具，因此在电力系统中的各个领域有着越来越广泛的应用。电力系统实时仿真是指实时模拟电力系统各类过程，并能接入实际物理装置进行试验的电力系统仿真方式。目前，由于仿真算法以及硬件设备还不能很好适应实际网络中的复杂的条件，应用还存在一些困难。

电磁暂态过程必须考虑直流及其控制系统的电磁暂态特性、输电线路分布参数特性和参数的频率特性以及一系列非线性元件的特性。电磁暂态程序一般都是基于Dommel算法，通过隐世梯形积分法将描述电力系统的微分、偏微分方程差分化转化为代数方程。

随着电力电子开关元件在电力系统中的应用不断增多，传统的EMTP算法在开关元件动作的处理上存在描述不准确的问题，致使时域仿真出现错误。自上个世纪90年代以来，不断有学者为了解决这个问题提出各种方法。通常采用线性插值确定电力电子开关动作的时间点，并结合常微分方程的数值解法以实现仿真的重新同步。直到目前，在实现仿真与真实时间的重新同步方面，由于采用了较多次数的插值，影响了仿真速度，不适应电磁暂态实时仿真。

传统上电力电子开关实时仿真主要存在如下难题：

1)开关器件准确动作时间点的确定；

2)同一步长中多开关同时动作导致仿真难以检测计算的问题；

3)强制换向型器件仿真状态变量突变问题；

4)仿真与整步时间点快速高精度重新同步问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于后向欧拉-梯形权重积分法的电力电子开关插值实时仿真方法，以提高仿真速度，适应于电磁暂态实时仿真。

本发明的技术解决方案如下：

一种电力电子开关插值实时仿真方法，其特点在于，该方法包括步骤如下：

步骤1、电力系统初始化:

输入仿真网络相关参数，包括1)对待仿真网络进行编号，根据编号记录支路位置以及支路元件电阻、电感的参数值；2)电源的接入节点、幅值、频率、初始相位；3)记录电力电子器件在网络中的位置以及根据电力电子器件模型每个开关元件的等效电阻、电容参数值；输入仿真时间相关参数，包括仿真步长Δt、仿真总时长T_max；输入电力电子器件的控制信号,根据不同的电力电子元件输入不同的控制信号，若为自然换向型器件，则控制信号为器件所在支路的电压电流方向；若为强制换向型器件，则控制信号为根据不同的调制方式得出的开关方波；

步骤2、形成节点导纳矩阵G：

利用梯形积分法对网络元件进行差分化，形成等效节点导纳矩阵G；

步骤3、判断仿真是否达到仿真总时间T_max,当达到仿真总时间T_max,转入步骤9,否则进入步骤4；

步骤4、电磁暂态仿真计算：

步骤4.1、根据电力电子器件控制信号，判断当前仿真步长中待仿真网络电力电子器件的通断情况:若判断电力电子器件的通断情况发生变化，进入步骤4.2,否则进入步骤5；

步骤4.2、基于后向欧拉-梯形权重积分法的电力电子开关插值算法，当前仿真时刻为t_c，步骤如下：