一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法。
【背景技术】
[0002]电力系统电磁暂态仿真程序一般都基于Dommel算法，主要采用隐式梯形积分算法。随着电力电子技术的不断发展，系统中出现各种基于可控电力电子器件的电力电子装置，它们本质上是大量开关模型的高频动作，传统的电磁暂态仿真算法在处理含电力电子器件的模型时存在数值振荡、开关动作不能精确到准确时刻、不能正确处理同步开关的问题。为了提高仿真精度，一种有效且被广泛使用的方法是线性插值算法，但是，可控电力电子器件脉冲触发动作时，因为电压和电流皆为非零值，采用传统插值算法会引入虚拟功耗。
[0003]如图3所示，以IGBT触发导通为例，采用传统插值算法获取IGBT的电压和电流。具体为包括:
[0004]①程序在执行t时刻计算时，开关的触发脉冲由O跳变至I，且触发脉冲发生在t和t-At时刻之间，本时步开关状态不更新，只执行网络求解；
[0005]②基于t和t_ Λ t时刻电压、电流值，将所有节点电压、电流插值至触发脉冲到达时刻tz ；
[0006]③改变开关状态，修改导纳阵，重新LU分解，向前积分一个步长至tz+Λ t时刻；
[0007]④将所有节点电压、电流插值回正常步长t ;
[0008]⑤向前积分一个步长至t+ Δ t时刻。
[0009]通过降低仿真步长虽然可以获得准确的功耗，但计算负担重。
【发明内容】
[0010]为了克服上述缺陷，本发明提出一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法，在未改变仿真步长的情况下，有效避免了可控电力电子器件脉冲触发动作产生的虚拟功率损耗。
[0011]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0012]一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法，所述方法包括:
[0013](I)构建含可控电力电子器件的网络方程；
[0014](2)定义可控电力电子器件脉冲触发时刻％，获取％时刻系统注入的电流源
Itz-Δ t?
[0015](3)通过Itz_At求取脉冲触发时刻的网络节点电压；
[0016](4)迭代积分仿真步长，插值回基准步长。
[0017]优选的，所述步骤⑴中含可控电力电子器件的网络方程为:
[0018]GtUt= It-At(I)
[0019]其中，Gt表示考虑可控电力电子器件通断状态的导纳矩阵，I t为注入系统的电流源，At为仿真步长，Ut为网络节点电压。
[0020]优选的，所述步骤⑵中获取tz时刻网络重新求解时注入系统的电流源I tz_A^括，可控电力电子器件的触发脉冲由O跳转至1，此时所述触发脉冲发生在t和t-At时刻之间记为 tz，t-Δ t<tz<t ；
[0021]判断t时刻上一个仿真步长和上上一个仿真步长之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件，根据判断结果执行插值计算。
[0022]进一步地，所述插值计算具体包括，判断t时刻上一个仿真步长t_ Δ t和上上一个仿真步长t-2 Δ t之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件；若存在，采用外插值法获取可控电力电子器件脉冲触发时刻注入系统的电流源it“t，若不存在，则采用内插值完成获取。
[0023]优选的，所述步骤(3)中求取脉冲触发时刻的网络节点电压包括，更新可控电力电子器件通断状态，更新导纳矩阵Gtz，将所述导纳矩阵Gtz进行LU分解，将分解后的导纳矩阵和脉冲触发时刻注入系统的电流源入含可控电力电子器件的网络方程重新求解。
[0024]进一步地，所述步骤(4)具体包括，采用固定步长积分法，将tz向前迭代积分一个仿真步长At，每次积分之后都要进行事件搜索和插值计算，直至该步长内无事件发生后，所有节点电压、电流插值返回基准步长t。
[0025]与现有技术相比，本发明达到的有益效果是:
[0026]执行可控电力电子器件插值算法时，在脉冲触发动作时刻插入网络重新求解，求解过程中无需改变仿真步长，仅通过内外插值法获取网络重新求解步长的系统注入电流源；解决了可控电力电子器件脉冲触发动作采用传统插值算法时，因电压和电流都为非零值而引来的虚拟功率损耗问题。从而提高了定步长电磁暂态仿真软件在基于可控器件的电力电子装置仿真的准确性，加强了对风电、光伏、储能、柔性直流等广泛应用装置的仿真试验和分析研宄能力。
【附图说明】
[0027]图1为抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真功耗的方法流程图；
[0028]图2为IGBT触发导通的曲线结构示意图；其中:1_向前一步网络求解，2_获取网络重新求解的系统注入电流源，3-开关动作时刻网络重新求解，4-向前一步网络求解，5-插值回正常时步，6-向前一步网络求解；
[0029]图3为传统插值算法获得的IGBT触发导通曲线结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0031]如图1所示，一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法，所述方法包括:
[0032](I)构建含可控电力电子器件的网络方程；步骤(I)中含可控电力电子器件的网络方程为:
[0033]GtUt= I t_At(I)
[0034]其中，Gt表示考虑可控电力电子器件通断状态的导纳矩阵，I ,…为注入系统的电流源，下标t为仿真时刻，Λ t为仿真步长，Ut为网络节点电压。
[0035](2)定义可控电力电子器件脉冲触发时刻tz，获取tz时刻网络重新求解的系统注入的电流源Itz-At;
[0036]步骤⑵中获取tz时刻网络重新求解的注入系统的电流源I tz_At包括，可控电力电子器件的触发脉冲由O跳转至I，此时所述触发脉冲发生在t和t-Δ t时刻之间记为tz，t- Δ t〈tz〈t ；
[0037]判断t时刻上一个仿真步长和上上一个仿真步长之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件，根据判断结果执行插值计算。
[0038]所述插值计算具体包括，判断t时刻上一个仿真步长t-At和上上一个仿真步长t_2 At之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件；若存在，采用外插值法获取可控电力电子器件脉冲触发时刻注入系统的电流源it“t，若不存在，则采用内插值完成获取。
[0039](3)通过Itz_At求取脉冲触发时刻的网络节点电压；
[0040]步骤(3)中求取脉冲触发时刻的网络节点电压包括，更新可控电力电子器件通断状态，更新导纳矩阵Gtz，进行LU分解，将分解后的导纳矩阵和脉冲触发时刻注入系统的电流源Itz-^A入含可控电力电子器件的网络方程，进行可控电力电子器件脉冲触发时刻网络重新求解。
[0041](4)迭代积分仿真步长，插值回基准步长。
[0042]步骤(4)具体包括，采用固定步长积分法，将tz向前迭代积分一个仿真步长At，每次积分之后都要进行事件搜索和插值计算，直至该步长内无事件发生后，所有节点电压、电流插值返回基准步长t。
[0043]以IGBT触发导通为例，如图2所示，获得IGBT的电压和电流曲线。与传统插值算法相比消除了虚拟功耗，其步骤如下:
[0044]①程序在执行t时刻计算时，开关的触发脉冲由O跳变至I，且触发脉冲发生在t和t-At时刻之间，本步长开关状态不更新，只执行网络求解；
[0045]②基于t和t_ Λ t时刻电压、电流值，将所有节点电压、电流插值至触发脉冲到达时刻tz;
[0046]③改变开关状态，修改导纳阵，重新LU分解，向前积分一个步长至tz+ Δ t时刻；
[0047]④将所有节点电压、电流插值回正常步长t ;
[0048]⑤向前积分一个步长至t+ Δ t时刻。
[0049]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法，其特征在于，所述方法包括: (1)构建含可控电力电子器件的网络方程； (2)定义可控电力电子器件脉冲触发时刻tz，获取tz时刻网络重新求解的系统注入的电流源Itz_At; (3)通过Itz_At求取脉冲触发时刻的网络节点电压； (4)迭代积分仿真步长，插值回基准步长。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(I)中含可控电力电子器件的网络方程为: GtUt= I t-At⑴ 其中，Gt表示考虑可控电力电子器件通断状态的导纳矩阵，I ,_&为注入系统的电流源，下标t为仿真时刻，Δ t为仿真步长，Ut为网络节点电压。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中获取tz时刻网络重新求解的注入系统的电流源Itz-M包括，可控电力电子器件的触发脉冲由O跳转至1，此时所述触发脉冲发生在t和t- Δ t时刻之间记为tz，t- Δ t〈tz〈t ； 判断t时刻上一个仿真步长和上上一个仿真步长之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件，根据判断结果执行插值计算。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述插值计算具体包括，判断t时刻上一个仿真步长t- Δ t和上上一个仿真步长t-2 Δ t之间是否存在导致网络拓扑结构发生变化的事件；若存在，采用外插值法获取可控电力电子器件脉冲触发时刻注入系统的电流源Itz-At^若不存在，则采用内插值完成获取。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中求取脉冲触发时刻的网络节点电压包括，更新可控电力电子器件通断状态，更新导纳矩阵Gtz，进行LU分解，将分解后的导纳矩阵和脉冲触发时刻注入系统的电流源Itz-^t代入含可控电力电子器件的网络方程，进行可控电力电子器件脉冲触发时刻网络重新求解。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括，采用固定步长积分法，将tz向前迭代积分一个仿真步长Λ t，每次积分之后都要进行事件搜索和插值计算，直至该步长内无事件发生后，所有节点电压、电流插值返回基准步长t。
【专利摘要】本发明提出一种抑制可控电力电子器件电磁暂态仿真虚拟功耗的方法，包括：构建含可控电力电子器件的网络方程；定义可控电力电子器件脉冲触发时刻tz，获取tz时刻网络重新求解时系统注入的电流源Itz-Δt；通过Itz-Δt求取脉冲触发时刻的网络节点电压；迭代积分仿真步长，插值回基准步长。通过该方法有效避免了可控电力电子器件脉冲触发动作产生的虚拟功率损耗，提高了可控电力电子器件的仿真能力。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104951634
【申请号】CN201510434970
【发明人】彭红英, 田芳, 张星, 徐得超, 穆清, 张爽, 高峰, 黄永宁, 刘敏, 孙丽香, 陈绪江, 王峰
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网宁夏电力公司电力科学研究院
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月22日