[发明专利]一种多动态混合实时数字仿真平台及其实现方法

摘要

本发明涉及一种电力电子装置的仿真平台及其实现方法，具体涉及一种多动态混合实时数字仿真平台及其实现方法。本发明分别建立微秒系统级电磁暂态仿真模块、微秒装置级电磁暂态仿真模块和纳秒级器件开关暂态仿真模块，以及秒级热动态仿真模块，网络之间通过接口交互，最终由装置级的输出反馈给控制器，同时器件级的过电压、过电流和可关断阀体的温度等可能包含故障状态信息送至保护系统，并将故障信号传递给控制器。本发明实现准确模拟电力电子装置的复杂动态过程，快速复现复杂电网的运行工况、扰动或故障，为智能电网中规模化应用电力电子装置的安全稳定分析、系统接入研究、控制保护设备入网测试、分析和解决现场实际问题等提供先进的技术手段。

主权项

一种多动态混合实时数字仿真平台，所述仿真平台包括控制器、保护系统和仿真模块，所述保护系统与控制器连接，其特征在于，所述仿真模块包括依次进行数据交互的装置级仿真模块、器件级仿真模块和热动态仿真模块；所述装置级仿真模块与所述控制器连接；所述器件级仿真模块分别与控制器和保护系统连接；所述热动态仿真模块与保护系统连接；所述装置级仿真模块和器件级仿真模块之间每2.5微秒步长交互一次信息，所述器件级模型每2.5微秒更新一次工作条件；所述装置级仿真模块的输出反馈给控制器，所述器件级仿真模块的过电压、过电流和包含故障状态信息每4个仿真步长从器件级仿真模块反馈一次模块直流电压至保护系统，并将故障信号传递给控制器(4)；最后装置级仿真模块和器件级模块接受来自控制器的PWM脉冲信号；试验得到瞬态热响应曲线，然后根据热响应曲线在热动态仿真模块中建立基于阻容等效网络的IGBT热阻抗模型，根据模块化多电平换流器MMC建立结合耦合的可关断阀传热模型，并通过实测和曲线拟合确定传热模型的参数，建立IGBT的平均损耗模型，最后得到模块化多电平换流器MMC的热力学模型；在所述装置级仿真模块建立实时反映装置电磁暂态的2.5微秒级模型，在器件级仿真模块建立实时反映IGBT开关暂态的250纳秒级模型和在热动态模块建立实时反映温度动态的秒级模型；所述装置级仿真模块、器件级仿真模块和热动态仿真模块通过接口依次进行数据交互；在装置级仿真模块中建立模块化多电平换流器MMC模型；在器件级仿真模块中建立IGBT器件仿真模型；所述IGBT器件仿真模型作为所述模块化多电平换流器MMC模型的上桥臂或下桥臂；所述器件级仿真模块建立在速率为2Gb/s的FPGA通讯模块上，所述器件级仿真模块的接口采用IP核；所述模块化多电平换流器MMC模型为三相结构，每相由通过电抗器串联的上、下两桥臂组成，每个桥臂均由级联模块串联组成；所述级联模块包括并联的电容支路和H桥；所述H桥包括两相四桥臂，每个桥臂由IGBT器件以及与其反并联的二极管组成；在热动态仿真模块中建立热力学模型，所述热力学模型包括依次串联的温度传感器、电阻‑电容支路、断路器和功率传感器，所述电阻‑电容支路由串联的阻容模块组成，所述阻容模块由并联的电阻和电容组成。