[发明专利]基于PSCAD接口C语言的MMC暂态仿真方法有效
申请号: | 201510394015.5 | 申请日: | 2015-07-07 |
公开(公告)号: | CN105159743A | 公开(公告)日: | 2015-12-16 |
发明(设计)人: | 李鹏;黄浩声;袁宇波;王业;孔祥平;林金娇 | 申请(专利权)人: | 国家电网公司;江苏省电力公司;江苏省电力公司电力科学研究院 |
主分类号: | G06F9/455 | 分类号: | G06F9/455 |
代理公司: | 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 | 代理人: | 董建林 |
地址: | 100761 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 pscad 接口 语言 mmc 仿真 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种基于PSCAD接口C语言的MMC暂态仿真方法,具体涉及一种基于PSCAD/EMTDC接口C语言实现MMC电磁暂态仿真方法,属于电力系统自动化领域。
背景技术
随着高压大功率全控型电力电子器件(IGBT)的发展,柔性交流和柔性直流输电技术被广泛应用于输配电领域,它是智能电网领域最具代表性的技术,在国内外的工程应用越来越多。与常规直流输电技术相比,柔性直流输电技术具有良好的控制性能,是最新一代的直流输电技术。柔性交流输电技术(FlexibleACTransmissionSystem,FACTs)应用电力电子技术实现对输电网的快速控制,提高电网输送能力和安全稳定水平、增强电网运行灵活性,其中统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)代表了目前FACTs技术的最高水平,通过将换流器控制实现线路有功和无功功率的准确调节,提高输送能力及阻尼系统振荡。
随着技术发展,换流器技术从两电平、三电平技术发展到模块化多电平换流器技术(ModularMultilevelConverter,MMC)。MMC拓扑的提出促进了柔性直流输电技术的发展,其使用模块级联来实现高电压,MMC结构如图1所示。相比于传统2电平、3电平的结构,MMC的模块化结构使其可扩展性强、输出电平数高,克服了传统电压源换流器存在开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、动态均压困难等缺点。然而MMC的半导体器件数量较多,且每个子模块SM需要单独控制。MMC拓扑中直流侧没有专门的电容,而是将电容分配到各个子模块中,直流电压由处于导通状态子模块的电容共同承担,为了保证MMC能够正常运行子模块电容电压平衡控制至关重要。目前,MMC换流阀控制通常采用最近电平逼近调制NLM技术,其能有效降低器件开关频率低、输电电压电流谐波含量低等优点,有助于柔性输电技术向高电压大功率输电领域的应用推广。MMC换流器的控制采用分层原则实现,如图2所示,一般由系统层、换流器层及阀控层实现。换流器层控制主要是根据功率/电压指令,通过功率外环和电流内环的解耦控制产生换流器输出交流电压侧参考值作为调制波,阀层控根据该电压调制波采用最近电平逼近调制策略产生各桥臂投入子模块的数量,进而子模块电容平衡控制确定投入的子模块,并基于此产生触发信号控制子模块的投入和退出。以上这些技术特点,给基于MMC的柔性交直流输电电磁暂态仿真带来了很大挑战。
电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC(PowerSystemsComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsincludingDC)是使用最广泛的电磁暂态仿真工具之一,能实现电力电子器件微秒级工作状态的离线仿真,利用其元件库中元件模型能够开展换流阀及相关一次系统的建模,并能实现一般控制逻辑的搭建。为了提高MMC及其控制功能完成、灵活仿真,以及兼顾仿真建模简单易用性,利用PSCAD/EMTDC提供用户自定义模型及接口功能,开展MMC及其控制逻辑建模具有重要意义。
PSCAD/EMTDC的用户自定义元件提供了与用户子程序的接口,可以弥补PSCAD中自带的模型元件相对单一的不足。目前,PSCAD/EMTDC可与Fortran、C和Matlab三种语言编写的程序代码进行接口,通过建立用户自定义元件实现其与外部程序接口的载体。用户自定义代码加入EMTDC中有两种方法:1)直接在用户自定义元件中编写Fortran代码实现元件功能,即把用户代码直接作为子程序直接嵌入到EMTDC主程序中;2)通过在自定义元件中添加对外部子程序(Fortran、C或Matlab)的调用声明,间接调用外部子程序,元件的核心功能由外部子程序实现。
采用Fortran编写源代码的自定义元件一般采用直接嵌入的方式,由于PSCAD/EMTDC是在Fortran语言上实现的,无需对外部子程序进行编译及频繁的调用,因而其内嵌性能好,运行效率高。基于C语言和Matlab构建的自定义元件同属间接调用的范畴,但两者又有所区别。前者是PSCAD/EMTDC与C程序设计语言的接口,外部的集成开发环境(如MicrosoftvisualC++等)在运行中仅充当编译的角色,不参与具体运算,由PSCAD/EMTDC直接调用经编译后的C语言代码进行运算;后者是PSCAD/EMTDC与Matlab软件的接口,由PSCAD/EMTDC直接调用MATLAB进行运算,除了两者本身所固有的运算速度上的差异以外,两者间的通信也很大程度上影响了整个仿真的效率,因而其运行效率要较前者低。
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