MMC电磁暂态快速仿真模型

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)中大量的开关器件给电磁暂态仿真程序(如PSCAD/EMTDC)带来巨大的计算量,使得仿真速度极其缓慢,给仿真研究以及工程设计带来极大的不便。通过进一步推导电容、电感Dommel电磁暂态数值计算方法,得到了电容、电感等值计算中的历史电流源递推公式,使得历史电流源的计算过程中不必再进行支路电流的中间计算,加快了计算速度。基于此历史电流源递推公式建立了MMC电磁暂态快速仿真模型,并在PSCAD/EMTDC中搭建不同端数、不同电平数MMC-HVDC系统,验证了该快速模型的仿真精度和提速效果。     

PSCAD/EMTDC与Matlab接口技术在继电保护仿真中的运用

以配电网单相故障选线为背景,以提高PSCAD/EMTDC在电力系统仿真中的灵活性为目的,提出了基于PSCAD/EMTDC与Matlab语言接口技术的自定义模型实现方法。文中对电磁暂态分析程序PSCAD/EMTDC与数学模型软件包Matlab之间的接口进行了研究,充分利用了PSCAD/EMTDC与Matlab两款软件的优点。用PSCAD/EMTDC建立接口模型,启动Matlab数据引擎调用M文件,实现接口模型的参数设置。分析了一个配网单相短路实例,将接口程序产生的数据进行处理,将它作为选线算法的入口数据并进行故障选线。仿真表明,通过相应的接口技术可以实现自定义模型的故障选线功能,仿真验证了这一点。     

模块化多电平换流器的时域等效模型及其快速算法

在模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传统仿真模型中,电平数升高时,节点导纳矩阵规模变大,仿真所需要的时间快速增加。为解决该问题,基于电容器和电抗器的时域等效模型,提出了MMC的快速仿真算法,该算法无需对子模块进行近似处理,在不降低准确性的情况下减小节点导纳矩阵的规模,大大提升了MMC在PSCAD/EMTDC软件中的仿真速度,且与MMC的控制策略有很好的兼容性。最后,在PSCAD/EMTDC环境下搭建了MMC单端逆变器传统仿真模型和快速算法模型,仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于谐波等值电路与快速仿真模型的MMC交流侧谐波分析

首先总结IEC/TR62001:2009标准中涉及交流谐波的各项谐波计算指标,推导出模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的交流侧谐波等值电路;然后根据MMC交流输出的阶梯波特性,提出一种基于多个方波叠加的MMC交流谐波简化分析方法;接着针对利用MMC详细电磁暂态仿真模型进行谐波分析仿真速度太慢的问题,提出一种利用MMC快速模型进行MMC谐波分析方法;最后在PSCAD/EMTDC下对基于Matlab的谐波解析分析进行了仿真验证,通过理论计算与数值仿真证明了本文所提出方法的正确性。     

PSCAD/EMTDC程序与继电保护仿真模型接口技术及应用

介绍了PSCAD/EMTDC程序与C语言接口技术的原理,并以PSCAD/EMTDCV3.0.8仿真平台为例,用C语言建立了完整的数字化继电保护装置模型,包含了保护装置及重合闸的主要配置与主要环节,运用PSCAD/EMTDC程序与C语言的接口技术建立了串补电网故障暂态行为与继电保护装置、重合闸装置动作行为的闭环动态仿真系统,用于可控串补电网继电保护的暂态动作行为研究。仿真结果表明,通过PSCAD/EMTDC程序与C语言接口能正确地完成继电保护装置模型与电网一次模型之间的动态闭环控制,实现保护动作行为与仿真程序的信息交互。     

PSCAD/EMTDC与Matlab接口研究

对电磁暂态分析程序PSCAD/EMTDC与数学模型软件包Matlab之间的接口进行了研究。充分利用了PSCAD/EMTDC与Matlab 2款软件的优点,用PSCAD建立接口模型,启动Matlab数据引擎调用M文件,实现接口模型的参数设置。运用此接口,程序只需运行一次即可获取多组不同工况下的数据。同时分析一个输电线路实例,将接口程序产生的数据进行分段处理,将它作为BP神经网络的输入,进而区分开关操作和单相接地故障。仿真结果表明:接口软件的运用使得大量数据的获取变得更加容易。     

MMC通用快速仿真模型及其在多端直流系统中的应用

为了研究复杂交直流网络下模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)与电网的交互影响问题,本文提出了一种普遍适用于多种拓扑变化的MMC通用快速仿真模型。首先,利用可控电压源、理想开关和二极管来等效不同拓扑在各种运行状态下的电路结构,得到桥臂通用简化电路,实现了MMC的动态特性和控制行为的准确模拟;其次,通过对多子模块开关和调制过程进行平均化等值,计算出桥臂动态平均值,避免了大规模节点导纳矩阵的动态求解,实现了仿真效率的提升。基于PSCAD/EMTDC平台,验证了所建立仿真模型的仿真精度和仿真速度;最后,应用MMC通用快速仿真模型,研究了多端柔性直流系统的关键控制策略和直流故障保护问题。     

MMC通用快速仿真模型及其在多端直流系统中的应用北大核心CSCD

为了研究复杂交直流网络下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)与电网的交互影响问题,本文提出了一种普遍适用于多种拓扑变化的MMC通用快速仿真模型。首先,利用可控电压源、理想开关和二极管来等效不同拓扑在各种运行状态下的电路结构,得到桥臂通用简化电路,实现了MMC的动态特性和控制行为的准确模拟;其次,通过对多子模块开关和调制过程进行平均化等值,计算出桥臂动态平均值,避免了大规模节点导纳矩阵的动态求解,实现了仿真效率的提升。基于PSCAD/EMTDC平台,验证了所建立仿真模型的仿真精度和仿真速度;最后,应用MMC通用快速仿真模型,研究了多端柔性直流系统的关键控制策略和直流故障保护问题。     

一种改进的MMC换流阀运行试验装置及其控制策略

从降低试验装置成本的角度对相关文献提出的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)换流阀运行试验装置进行改进;根据改进拓扑阐述试验装置电流、电容电压控制原理,并设计电流闭环控制算法和考虑试验装置内部损耗的子模块电容电压闭环控制算法。PSCAD/EMTDC仿真结果表明所提试验电路及控制策略能等效模拟实际运行工况MMC各种电气应力,具有可行性。     

柔性直流输电系统数字物理混合仿真改进阻尼阻抗接口算法

针对功率接口引起的稳定性和精确性问题,提出了一种适用于基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统数字物理混合仿真的改进阻尼阻抗接口算法。根据MMC中功率器件断态电阻通常远大于通态电阻的特性,简化了阻抗计算过程,并采用绝对稳定且精度较高的梯形积分法对子模块电容进行离散化,实现了MMC正常运行工况下阻尼阻抗接口算法阻抗的高效匹配;结合MMC闭锁运行时的特点,提出了其闭锁时阻抗的实时匹配方法;基于傅里叶分解重构电压信号的方法实现了接口延时补偿控制,以提高系统的仿真精度。在PSCAD/EMTDC中建立了基于所提接口算法的双端MMC-HVDC数字仿真系统,对不同运行工况进行了仿真,结果表明改进阻尼阻抗接口算法可以保证混合仿真系统在不同扰动下稳定运行,且有功功率最大相对误差小于1.5%,具有优越的稳定性和精确性性能。     

Fast valve power loss evaluation method for modular multi-level converter operating at high-frequency

There is no common accepted way for calculating the valve power loss of modular multilevel converter (MMC). The method based on analytical calculation is inaccurate to address the switching power loss while the method based on detailed electro-magnetic simulation is of low speed. To solve this problem, an accurate valve power loss evaluation method of MMC based on the detailed equivalent simulation model of MMC is proposed. A fast power loss evaluation method is then proposed by linking the PSCAD/EMTDC and Matlab files. Detailed valve power loss analysis of a 201-level 500MW MMC operating at 50Hz~1000Hz is then presented. Relationship between the valve power loss, power transfer level and operating frequencies are presented and fitted. Research results of this paper can be used as guidance for the application of medium and high frequency MMC.     

MMC的稳态相量模型及功率运行区间计算方法

模块化多电平换流器(MMC)的控制器输出量与MMC内部电气量之间存在复杂的耦合关系,难以确定影响其输出功率范围的关键因素及计算功率运行区间的边界.为此,首先以dq坐标相量的形式,推导出一种新的MMC的交流侧稳态等效模型,该模型为1个等效电容与等效电压源串联.模型参数可完全由控制器输出量和直流电压确定,从而将控制输出量与运行电气量解耦;等效电容直观地反映了MMC子模块电容充放电过程造成的换流器内部耦合特性对交流侧输出特性的影响.利用所提模型可以方便地计算得到MMC输出功率的P-Q曲线.然后,通过计算P-Q曲线族的包络线,提出一种确定MMC稳态运行区域边界的方法,并研究了环流抑制控制和交流系统短路比对运行区域的影响.最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建单端MMC仿真模型,验证了所提模型及稳态运行区间计算方法的正确性.     

适用于多种子模块拓扑的MMC通用化快速仿真模型

针对现有模块化多电平换流器(MMC)快速仿真模型通用性差的问题,提出了一种适用于多种子模块拓扑的MMC通用化快速仿真模型。结合子模块的结构特征,构建了MMC桥臂闭锁结构,并将闭锁结构分为三大类。通过构建不同子模块拓扑的MMC的简化表,避免了因子模块拓扑的不同而需修改模型自定义程序的问题,增强了模型的通用性。所构建的闭锁结构既保证了通用化快速仿真模型在正常与闭锁运行等各种工况下的适用性,又使得同一类闭锁结构可适用于多种子模块拓扑的MMC,增强了闭锁结构的通用性。在PSCAD/EMTDC仿真软件中通过与详细模型进行对比,验证了通用化快速仿真模型的有效性和可行性。     

模块化多电平换流器实时仿真建模与硬件在环实验

模块化多电平换流器(MMC)因其独特的优势已在世界范围内取得广泛的应用。MMC实时仿真平台可以对控制系统进行测试,对实际工程具有重要的意义。文中开发了一种基于RT-LAB的高效MMC实时仿真模型,在MATLAB/Simulink中搭建21电平双端系统,在稳态、交直流暂态工况下与详细模型进行对比测试,验证了该MMC实时仿真等效模型的正确性。相比于OPAL-RT公司开发的提速模型,在相同条件下所述模型占用资源更少,能够仿真更大规模MMC系统;采用状态空间节点算法,将换流器的6个桥臂分割成6个子网络求解,可以实现超过601电平MMC双端系统的实时仿真。通过实时仿真平台,连接外部物理控制器进行硬件在环测试,实验结果表明所述模型具有良好适用性。     

交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)接入交流系统可能会对交流断路器清除短路故障造成影响。基于MMC的拓扑结构和控制策略,分析了交流系统短路故障下MMC对交流断路器的影响。然后,研究了交流系统发生对称短路故障时,MMC的运行工况对短路电流的影响,发现MMC对短路电流的贡献主要来源于MMC向交流系统注入的无功功率。接着,研究了交流系统发生非对称短路故障时,MMC在不同运行工况下贡献的三序短路电流的计算方法,得出MMC阀侧零序和负序电流为0,阀侧正序电流是三相对称的且大小由运行工况决定的结论。最后,提出了交流系统对称短路和非对称短路故障下抑制MMC贡献的短路电流的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所得结论的正确性以及控制方法的有效性。     

基于PSCAD/EMTDC的多端柔性直流输电系统并行仿真计算

对于基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统以及直流电网而言,传统基于串行结构的电磁暂态仿真软件已无法满足实际的计算需求,需要采用并行计算技术突破这一难题。PSCAD/EMTDC是世界上广泛使用的电力系统电磁暂态仿真软件,其最新版本已经全面支持并行计算。通过大模型拆分和多线程运算,该软件解决了由于模型过大而不能仿真或仿真效率低的问题,为实现多端柔性直流输电系统以及直流电网的快速仿真提供了可能。详细分析了PSCAD/EMTDC软件的运行机理及功能,对其新版本下的并行计算功能进行了介绍和研究。通过搭建模型进行仿真测试,探讨了并行计算的技巧。仿真结果表明,并行计算功能可以大大降低大规模电力系统的仿真时间,有效提升仿真分析效率。     

计及电压测量特性的MMC中高频阻抗建模及稳定性分析

在建立MMC阻抗模型时,现有研究未计及电容式电压互感器(CVT)测量特性对MMC阻抗中、高频段的影响,可能会降低柔性直流输电系统稳定性分析的准确度.以渝鄂柔直工程南通道单元为研究对象,在分析杂散电容对500 kV速饱和型CVT测量特性影响的基础上,基于多谐波线性化原理提出了一种计及CVT宽频测量特性的MMC阻抗模型建立...     

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

随着基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑的柔性直流工程技术广泛使用,相应的电磁暂态(EMT)实时仿真技术变得尤为关键.为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真,提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)的MMC实时片上系统(SoC)仿真模型及其计算...     

柔性直流输电系统交流侧线路继电保护适应性研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统运行控制特性与常规直流输电（LCC-HVDC）差别较大,其对交流侧继电保护的影响也不同于LCC-HVDC。基于MMC换流站控制器的动态响应特性,推导了交流电网故障下MMC逆变站交流侧短路电流表达式,分析了逆变站输出短路电流幅值、相位特性与MMC控制方式之间的关系;在此基础上,提出了基于MMC控制方式的等效矢量分析方法,直观刻画了保护电气量之间的相位关系。通过推导故障电气量及保护动作方程,分析了逆变站在不同控制方式下纵联电流差动保护、距离保护和零序电流保护的动作特性,明确了MMC对交流侧继电保护的影响范围,所得结论为MMC-HVDC交流侧线路保护的配置及整定提供了参考依据,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了理论分析的有效性。