[发明专利]电力电子开关插值实时仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于后向欧拉‑梯形权重积分法的电力电子开关插值实时仿真方法，包括步骤在电力电子开关关断时刻，采用线性插值确定开关动作的准确时间点以及相关状态变量；根据开关动作的时间点在当步仿真步长中的位置，利用常微分方程后向欧拉‑梯形权重积分方法构造分段函数，积分得到系统整步仿真时间点的数值解，在这一过程中要对系统各个量进行重新初始化，从而得到该时刻正确的网络拓扑和系统初值。本发明有效解决电力系统电磁暂态仿真中电力电子开关频繁动作导致系统拓扑高频变化进而影响电磁暂态仿真效率的传统难题。

主权项

一种电力电子开关插值实时仿真方法，其特征在于，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Tmax；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Tmax,当达到仿真总时间Tmax,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tc，步骤如下：步骤4.2.1、根据不同的电力电子开关元件类型确定元件开关准确时间:若为自然换向型器件，利用线性插值法根据该tc时刻控制变量信号与上一时刻控制变量信号计算元件动作自然过零点t0，若为强制换向型器件，则根据控制信号得到元件动作自然过零点t0，引入变量x＝(t0‑tc)/Δt表示该t0时刻在该步长中的相对位置，同时利用等式[f(t0)‑f(tc‑Δt)]/x＝[f(tc)‑f(tc‑Δt)]得到该t0时刻电路的相关状态变量，并根据元件新的开关情况利用步骤2相同的方法重新形成节点导纳矩阵G；步骤4.2.2、采用半步长后项欧拉法进行系统状态变量重新初始化过程，取半步长后系统中电感电压、电容电流作为开关动作点t0的电感电压与电容电流，而t0时间点处电感电流与电容电压计算值保持不变；此时仿真重新回到t0时刻，并重新判断系统中是否有其他开关动作，若有,返回步骤4.2.1，若无,则进入下一步4.2.3；步骤4.2.3、根据变量x，将下面的流程分为两部分，定义权重积分因子θ，利用权重数值积分对仿真进行重新同步化：当x∈[0,1/2]，下一步仿真将积分步长改为(x+1/2)Δt，利用后向欧拉‑梯形权重积分法对电路元件进行差分化，形成节点导纳矩阵,在下一步仿真采用半步长Δt/2后向欧拉法；当x∈(1/2,1]，将积分步长改为xΔt进一步仿真，同样利用权重法进行电路元件差分化，形成节点导纳矩阵,然后以两半步长后向欧拉法进行两步仿真；对电力电子开关动作处理结束，进入步骤5步骤5、若电力电子器件通断没有发生变化，则令t＝t+Δt，计算支路Norton等效电流I；步骤6、计算网络节点注入电流，并求解节点电压方程GU＝I；步骤7、计算支路电压、支路电流，并存储相关结果；步骤8、判断仿真是否达到仿真总时间Tmax，若未达到仿真总时间Tmax,则返回步骤3,否则进入下一步；步骤9、仿真结束。