[实用新型]一种MMC实时仿真建模系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种MMC实时仿真建模系统，属于电力系统的建模与仿真领域。

背景技术

模块化多电平换流器(MMC)相比传统二/三电平换流器具有开关频率低、器件损耗小和波形质量高等优势，其大容量应用场景越来越多。在涉及MMC主电路及控制系统的开发研究中，硬件在回路(Hardware inLoop，HIL)测试可以用来验证MMC主电路的合理性、控制策略的有效性等，HIL被认为是一种高效研发手段。然而，所有基于HIL的研究都必须以合适的实时仿真建模为前提。实时仿真建模的特点和难点都体现在模型对速度的适应性，也就是在一个仿真步长(如50微秒)内，仿真硬件必须有能力处理完全部计算任务，在硬件平台给定时，实时仿真是否可行几乎由建模技术决定。

MMC中的开关器件通常采用基于R_on/R_off的建模法，这需要在不同开关状态下不断调整电力系统的节点导纳矩阵，且对大量耦合开关组合状态的预计算和高阶导纳矩阵求逆会带来存储量大和计算量大等问题。加拿大曼尼托巴RTDS公司采用L/RC模型(即ADC法)来实现开关器件的建模，可保证开关动作前后节点导纳矩阵不变。然而，这种建模方式需要在数微秒的步长内才能得到较理想的仿真精度，RTDS公司将这类电力电子开关模型做成了“小步长”模块，模块内开关器件数量也有较大限制。至今，对MMC中大量耦合开关器件的实时建模与仿真仍然是一个难题。

为了解决上述MMC的实时仿真问题，到目前为止，现有的MMC的高效仿真模型主要有电路模型分割法和戴维南时域等效法等，然而，这些方法均没有解决等效模型中单位延时可能造成的仿真结果失真或数值失稳问题。

实用新型内容

针对含大量开关器件的MMC系统难以实时仿真问题，本实用新型提供了一种MMC实时仿真建模系统，该系统一方面能够实现一定规模的MMC系统电磁暂态实时仿真，另一方面能够根据子模块电气状态实现闭锁功能，大大提高了MMC的仿真速度，利于MMC系统的实时化。

本实用新型的技术方案：一种MMC实时仿真建模系统，该系统由电路分割模型和半桥型子模块电磁暂态数值模型组成，采用理想变压器模型法对MMC进行电路模型分割，电路分割模型包含主电路和各桥臂的半桥型MMC子模块群组，主电路各桥臂等效为一个开关与一个受控电压源的串联电路，其电压信号取值为该桥臂子模块群组输出电压之和；半桥型MMC子模块群组中各子模块网络由一个受控电流源与MMC子模块串联组成，其电流信号取值由主电路相应桥臂电流确定。

上述系统中，将半桥型MMC子模块群组的电路模型替换为半桥型子模块电磁暂态数值模型，所述半桥型子模块电磁暂态数值模型主要计算子模块输出电压和电容电压，所述子模块输出电压用于电气系统中与主电路的联解；所述子模块电容电压用于控制系统中触发脉冲的调制计算。

由于采用上述技术方案，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型将MMC各桥臂中子模块级联电路分割解耦成独立电路，大大降低了原电力系统的状态空间阶数，提高了MMC系统的仿真速度，利于实时化。

2、本实用新型采用插值预测的处理方法对MMC电路分割模型延时引起的误差进行了一定程度的补偿，提高了MMC电路分割模型的稳定性和仿真精度。

3、本实用新型建立的半桥型子模块电磁暂态数值模型，能够避免开关电路模型中节点导纳矩阵的反复重新生成，进一步提升了子模块群组的计算速度，利于更大规模的MMC实时仿真，且仍具极高的仿真精度和子模块闭锁功能。

附图说明

图1为本实用新型建模系统的总体框架图；

图2为基于理想变压器模型法的MMC模型分割原理图；

图3为MMC电路分割模型的串行仿真时序示意图；

图4为MMC电路分割模型的多核并行仿真时序示意图；

图5为基于梯形积分法的MMC子模块的电磁暂态计算电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。