[发明专利]电力电子换流器实时仿真的电磁暂态仿真方法

权利要求书

1.一种电力电子换流器实时仿真的电磁暂态仿真方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

步骤(1)对电力电子换流器及其所在电路的支路和节点分别进行编号，其中接地节点的编号为0；形成电力电子换流器系统的关联矩阵K，关联矩阵K的行数为节点数N_n，列数为支路数N_b，其形成规则如下：

1)如果节点i和支路j相连接，当电流从节点i流向支路j时，则K(m_ij)＝1；

2)如果节点i和支路j相连接，当电流从支路j流向节点i时，则K(m_ij)＝-1；

3)如果节点i和支路j不相连时，则K(m_ij)＝0；

步骤(2)对电力电子换流器系统的电阻支路、电感支路、电容支路和开关支路进行离散化，得到由一个历史电流源和一个等效导纳并联的离散等效模型，独立电压源支路用一个历史电流源和一个等效导纳并联的离散等效模型替换，其中采用步长h进行离散化：

电阻支路离散等效模型的等效导纳表示为：

电阻支路离散等效模型不包含历史电流源：I_hR＝0

其中，R是电阻支路的电阻值；

电感支路离散等效模型的等效导纳表示为：

电感支路离散等效模型的历史电流源表示为：I_hL(t)＝i_L(t-h)

其中，L是电感支路的电感值，i_L(t-h)是上一仿真时刻电感支路的支路电流；

电容支路离散等效模型的等效导纳表示为：

电容支路离散等效模型的历史电流源表示为：I_hC(t)＝-Y_bCu_C(t-h)

其中，C是电容支路的电容值，u_C(t-h)是上一仿真时刻电容支路的支路电压；

令开关的等效导纳为：Y_bSW＝1；

导通时，开关支路离散等效模型的历史电流源表示为：I_hSW(t)＝i_SW(t-h)；

关断时，开关支路离散等效模型的历史电流源表示为：I_hSW(t)＝-Y_bSWu_SW(t-h)；

其中，i_SW(t-h)是上一仿真时刻开关支路的支路电流，u_SW(t-h)是上一仿真时刻开关支路的支路电压；

如果当前仿真时刻t是仿真初始时刻，则所有支路的历史电流源大小取零；如果不是仿真初始时刻，则根据上一仿真时刻各个支路的支路电压和支路电流，计算出当前仿真时刻各个支路的历史电流源大小；

步骤(3)根据离散化后的电力电子换流器系统，构建节点导纳矩阵Y_n和支路导纳矩阵Y_b；

步骤(4)以历史电流源I_h为状态变量，注入电流源I_s为输入变量，节点电压V_n和支路电流I_b为输出变量，构建电力电子换流器系统的离散状态空间模型如下：

根据以下规则形成电力电子换流器的离散状态空间模型的系数矩阵A、B、C和D：

其中，M_L为支路数N_b×支路数N_b的对角矩阵，当支路为电感或者开关导通状态时，对应元素为1，否则为0；M_C为支路数N_b×支路数N_b的对角矩阵，当支路为电容或者开关关断状态时，对应元素为1，否则为0；

步骤(5)选择仿真步长为Δt＝kh，其中k为正整数，根据以下规则对电力电子换流器离散状态空间模型的状态方程系数矩阵A和B进行重构，得到系数矩阵如下：

其中，A_i’为对A重构i次得到的矩阵，A₀’为A_i’的初始值，B_i’为对B重构i次得到的矩阵，B₀’为B_i’的初始值；

由此得到在建模步长为h，仿真步长为Δt，进行小步合成后的电力电子换流器系统离散状态空间小步合成模型的状态方程为：

其中，A’，B’分别为对A和B重构k次后得到的系数矩阵；

步骤(6)根据当前仿真时刻的历史电流和注入电流的大小，结合系数矩阵A’和B’，更新各个支路在下一时刻的历史电流；

步骤(7)根据当前仿真时刻的历史电流和注入电流的大小，结合系数矩阵C和D，更新各个节点在当前时刻的节点电压；

步骤(8)根据当前仿真时刻的历史电流和注入电流的大小，结合系数矩阵C和D，更新各个支路在当前时刻的支路电流；

步骤(9)如果仿真没有结束，则进入下一个仿真周期，返回步骤(6)；如果到达仿真结束时刻，则仿真结束。