CN115618701A - Mmc的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备 - Google Patents

Mmc的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备 Download PDF

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CN115618701A CN202211262217.0A CN202211262217A CN115618701A CN 115618701 A CN115618701 A CN 115618701A CN 202211262217 A CN202211262217 A CN 202211262217A CN 115618701 A CN115618701 A CN 115618701A
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陈颖
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沈沉
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Abstract

本发明提供一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备，通过对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果，实现MMC的电容和电感的解耦计算，缩短了计算时间，提高了仿真效率。

Description

MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，尤其涉及一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备。
背景技术
模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)因为其具有额定电压高、谐波成分小、损耗低等特点，已成为非常有应用前景的变流器。近年来，MMC被广泛应用于远距离高压直流输电和电网异步互联。为了对含MMC的电力***进行仿真分析，需要构建MMC的电磁暂态模型，并将其集成到现有的电磁暂态仿真工具中。由于每个MMC中皆有数千个子模块，当MMC接入电力***时，网络中的电气节点将呈现***式增长，传统的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法是同时对电感和电容进行仿真计算，计算复杂度大幅增加，导致电力***电磁暂态仿真的计算时间急剧增加，仿真效率低。
发明内容
本发明提供一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备，用以解决传统MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法存在计算时间长、仿真效率低的缺陷。
本发明提供一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，包括：
对所述MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，所述按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，包括：
在计算出
Figure BDA0003891546580000021
的子模块的电容电压
Figure BDA0003891546580000022
后，计算得到t时刻的桥臂电感电流iarm(t)，然后计算
Figure BDA0003891546580000023
时刻的电容电压
Figure BDA0003891546580000024
其中t为当前时刻，Δt为仿真步长。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，对所述MMC模型中的电感进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型，包括：
根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路；
根据所述子模块的多个等效电路得到多个MMC臂的动态方程；
将多个MMC臂的动态方程归一化处理得到MMC臂统一动态方程；
对所述MMC臂统一动态方程进行离散化，得到桥臂电感的离散化模型。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，所述根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路，包括：
根据子模块的两个桥臂只有一个导通时的状态，得到子模块的第一等效电路；
根据子模块的两个桥臂同时导通时的状态，得到子模块的第二等效电路；
根据子模块的两个桥臂同时关断时的状态，得到子模块的第三等效电路。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，对所述MMC模型中的电容进行动态建模，得到子模块电容的离散化模型，包括：
根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态构建多个子模块的电容动态方程；
分别对每个子模块的电容动态方程进行离散化，得到各个子模块电容的离散化模型。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，所述根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态构建多个子模块的电容动态方程，包括：
构建子模块中只有一个桥臂导通时对应的第一电容动态方程；
构建子模块中两个桥臂导通时对应的第二电容动态方程；
构建子模块中没有桥臂导通时对应的第三电容动态方程。
根据本发明提供的一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，还包括：
检查网络中是否发生网络切换动作；
若是，进行临界阻尼调整，对所述桥臂电感的离散化模型进行修改；
求解修改后桥臂电感的离散化模型，得到
Figure BDA0003891546580000031
时刻和
Figure BDA0003891546580000032
时刻对应的支路电流，其中t为当前时刻，Δt为仿真步长；
根据
Figure BDA0003891546580000033
时刻和
Figure BDA0003891546580000034
时刻对应的支路电流计算子模块电容电压。
本发明还提供一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置，包括：
建模模块，用于对所述MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
求解模块，用于若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
输出模块，用于若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法。
本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法、装置及相关设备，通过对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果，通过构建桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，按时间顺序交替求解两个模型可以实现MMC的电容和电感解耦计算，缩短了计算时间，提高了仿真效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法的流程示意图之一；
图2(a)是本发明提供的MMC的拓扑结构图；
图2(b)是本发明提供的半桥子模块的拓扑结构图；
图3(a)、图3(b)是本发明提供的MMC及半桥子模块等效电路图；
图4是本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法的流程示意图之二；
图5(a)是本发明提供的半桥子模块上桥臂导通时的等效电路图；
图5(b)是本发明提供的半桥子模块下桥臂导通时的等效电路图；
图6(a)～(d)是本发明提供的上下桥臂同时导通时的等效电路图；
图7(a)、图7(b)是本发明提供的上下桥臂同时关断时半桥子模块的等效电路图；
图8是本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法的流程示意图之三；
图9是本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法的流程示意图之四；
图10是本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置的结构示意图；
图11是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法的流程图，如图1所示，本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法包括：
步骤101、对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
步骤102、若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
在本发明实施例中，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，包括：
在计算出
Figure BDA0003891546580000061
的子模块的电容电压
Figure BDA0003891546580000062
后，计算得到t时刻的桥臂电感电流iarm(t)，然后计算
Figure BDA0003891546580000063
时刻的电容电压
Figure BDA0003891546580000064
其中t为当前时刻，Δt为仿真步长。
在仿真过程中，由于两部分之间存在Δt/2的延迟，子模块电容的动态方程和桥臂电感的动态方程计算完全解耦。具体地，桥臂电感的动态模型在主网络中计算，而子模块电容动态模型单独计算，并且，子模块电容动态过程的计算之间相互解耦。
步骤103、若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
传统的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，由于每个MMC中皆有数千个子模块，当MMC接入电力***时，网络中的电气节点将呈现***式增长，导致电力***电磁暂态仿真的计算时间将急剧增加，仿真效率低。
本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法包括对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果，通过构建桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，大大降低***节点方程的维数，同时，对MMC的电容和电感进行了解耦计算，提高计算效率，并且，通过求解桥臂电感的离散化模型先计算出电感电流，再根据电感电流显式计算出电容电压，缩短了计算时间，提高了仿真效率。
在本发明实施例中，三相MMC的拓扑结构如图2(a)所示,每个桥臂由串联的N个半桥子模块组成,半桥子模块的结构如图2(b)所示，由两组绝缘栅双极晶体管(IGBT)/二极管开关和一个电容器组成。图2(a)中，L0表示臂电感，Csm表示子模块电容；图2(b)中T1和D1分别表示第一个IGBT/二极管组(上桥臂)中的IGBT和二极管，T2和D2表示第二个IGBT/二极管组(下桥臂)中的IGBT和二极管。在正常运行时，半桥子模块有三种状态(即导通状态、旁路状态和闭锁状态)。表1中列出了这三种状态以及IGBT、二极管和桥臂电压和电流的相应细节，其中ism和vsm分别为半桥子模块的输出电流和电压，vci为电容电压。根据表1可以发现，在正常工作期间，半桥子模块的四个开关中只有一个处于导通状态，这表明子模块中只有一个桥臂导通。此外，vsm等于vci或零，可以根据半桥子模块的开关状态确定。
表1半桥子模块的运行状态
Figure BDA0003891546580000081
在电磁暂态仿真中，开关可以用二值电阻表示，开关导通时，等效为小电阻，开关断开时，等效为大电阻。因此，图2(a)中所示的半桥变换器在电磁暂态仿真中可以等效为图3(a)中所示的电路，其中RT1、RD1、RT2和RD2分别表示开关T1、D1、T2、D2的电阻。此外，假设R1＝RT1||RD1和R2＝RT2||RD2(其中，||表示并联)，半桥子模块可以进一步等效于图3(b)所示的电路。
基于上述任一实施例，如图4所示，对MMC模型中的电感进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型，具体步骤包括：
步骤401、根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路；
步骤402、根据子模块的多个等效电路得到多个MMC臂的动态方程；
在本发明实施例中，根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路，包括：
根据子模块的两个桥臂只有一个导通时的状态，得到子模块的第一等效电路；
在正常运行工况下，半桥子模块的两个桥臂只有一个导通。因此，若开关的关断电阻(Roff)看作为∞，半桥子模块等效电路可进一步等效于图5(a)、图5(b)中所示的电路。当T1或D1导通时，半桥子模块等效于图5(a)所示的电路。当T2或D2导通时，半桥子模块等效于图5(b)中所示的电路，在这种情况下，子模块电容被旁路，其电压保持不变。
根据半桥子模块的等效电路，MMC臂的第一动态方程可以写为：
Figure BDA0003891546580000091
式中：
Figure BDA0003891546580000092
K1＝[1…1…1]1×n (1.3)
vc(t)＝[vc1(t)…vci(t)…vcn(t)]T (1.4)
其中，N为MMC臂中半桥子模块的个数；n为上桥臂导通的半桥子模块的个数；K1为一个系数向量，表示上桥臂导通的子模块，根据MMC桥臂的开关状态构造。在仿真中，开关状态在电气***求解之前计算。iarm是桥臂电流，varm是桥臂的支路电压，vci为第i个上桥臂导通的半桥子模块的电容电压。Ronj是第j个半桥子模块中导通开关的导通电阻。若IGBT导通，则Ronj＝RonT。相反，若二极管导通，Ronj＝RonD。其中，RonT表示IGBT的导通电阻，RonT表示二极管的导通电阻。在电力***暂态分析中，可以假设RonT和RonD相等，并且可以假设两者都为Ron。这种情况下，在电磁暂态仿真中，Req1将保持不变。
根据子模块的两个桥臂同时导通时的状态，得到子模块的第二等效电路；
本发明实施例中，假设MMC的每个桥臂只有一个子模块，每个桥臂可以等效为图6(a)所示的等效电路。根据基尔霍夫定律，在计算桥臂电感和电阻电流的过程中，子模块电容可以等效为电压相同的电压源。因此，图6(a)可以等效为图6(b)所示的电路，其中vc1是子模块电压。进一步，可以利用诺顿等效将其等效为图6(c)所示的电路。图6(c)电路中的并联电阻可以等效为一个电阻，得到图6(d)所示的等效电路。
根据图6(a)～(d)的等效电路，可得桥臂电感的第二动态方程：
Figure BDA0003891546580000101
令Reqon＝Ron/2，vceq1(t)＝vc1(t)/2，式(1.5)可以表示为：
Figure BDA0003891546580000102
可以发现，式(1.6)与式(1.1)形式一致。根据式(1.1)、式(1.6)和叠加定理，可以得到桥臂电感的动态方程：
Figure BDA0003891546580000103
式中，
Req2＝Req1-n2Reqon (1.8)
Figure BDA0003891546580000104
Figure BDA0003891546580000105
其中，vceqi(t)＝vci(t)/2为第i个上下桥臂同时导通的子模块的等效电压源电压，n2为上下桥臂同时导通的半桥子模块的个数。Req1、K1和vc(t)与式(1.2)-(1.4)中的含义一致。值得注意的是，式(1.7)包含了式(1.1)。当n2为0时，式(1.7)即等效为式(1.1)。
根据子模块的两个桥臂同时关断时的状态，得到子模块的第三等效电路。
本发明实施例中，如果半桥子模块的上下桥臂同时关断，半桥子模块可以等效为图7(a)所示的等效电路，并进一步等效为图7(b)所示的电路。可以发现，该子模块可以看作开路。
这种情况下，桥臂电感的动态方程L0可以表示为：
Figure BDA0003891546580000111
令Reqoff＝Roff/2，式(1.12)可以进一步表示为：
Figure BDA0003891546580000112
当MMC桥臂中存在上下桥臂同时关断的半桥子模块时，桥臂动态方程可以表示为
Figure BDA0003891546580000113
其中，
Figure BDA0003891546580000114
Figure BDA0003891546580000115
Figure BDA0003891546580000116
步骤403、将多个MMC臂的动态方程归一化处理得到MMC臂统一动态方程；
统一动态方程：
Figure BDA0003891546580000117
其中，Req根据半桥子模块的开关状态分别取Req1、Req2或Req3三个值。
步骤404、对MMC臂统一动态方程进行离散化，得到桥臂电感的离散化模型。
为了得到MMC桥臂动态方程的数值解，需要先对微分方程进行离散化。梯形法具有A-稳定等性质，在现代EMTP类仿真中广泛应用于微分方程离散化。基于梯形法，式(1.17)可以离散为：
Figure BDA0003891546580000121
其中，Δt是积分步长。由于梯形积分法和中矩形积分法具有相近的精度[14]，因此式(1.18)中的Δt(K1vc(t)+K1vc(t-Δt))/(2L0)部分可以替换为
Figure BDA0003891546580000122
Δt(K2vceq(t)+K2vceq(t-Δt))/(2L0)可以用
Figure BDA0003891546580000123
进行近似。此时，式(1.18)可以转化为：
Figure BDA0003891546580000124
为了利用EMTP-类算法进行求解，式(1.19)需要表示为诺顿等效电路形式：
iarm(t)＝Gvarm(t)+ihist(t) (1.20)
其中，G为等效电导，ihist(t)为历史电流。他们可以分别表示为：
Figure BDA0003891546580000125
Figure BDA0003891546580000126
综上，可以发现，由于正常运行时Req＝Req1，G将保持恒定。G只在半桥子模块中导通的桥臂个数发生变化时改变。
在本发明实施例中，对MMC模型中的电容进行动态建模，得到子模块电容的离散化模型，包括：
根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态构建多个子模块的电容动态方程；
分别对每个子模块的电容动态方程进行离散化，得到各个子模块电容的离散化模型。
具体地，构建子模块中只有一个桥臂导通时对应的第一电容动态方程，包括：
根据图5(a)、图5(b)中所示的半桥子模块等效电路，上桥臂导通的半桥子模块的电容的动态方程可以表示为：
Figure BDA0003891546580000131
其中，Csmi是第i个上桥臂导通的半桥子模块的电容值.利用梯形法，式(1.23)可以离散化为：
Figure BDA0003891546580000132
对于下桥臂导通的半桥子模块，其子模块电容被旁路。因此，其电压保持不变：
Figure BDA0003891546580000133
构建子模块中两个桥臂导通时对应的第二电容动态方程，包括：
根据图6(a)～(d)中所示的半桥子模块等效电路，为了得到上下桥臂同时导通的半桥子模块的电容电压，需要先计算子模块上桥臂的电流i1i：
Figure BDA0003891546580000134
其中，i2i(t)为第i个半桥子模块的下桥臂电流。式(1.25)中，vci(t)难以计算得到，使得i1i(t)也难以获得。幸运的是，vci在仿真中不会突变。相反，其基本保持不变。
因此，vci(t)可以利用用
Figure BDA0003891546580000141
近似。进一步，i1i(t)可通过求解式(1.25)得到:
Figure BDA0003891546580000142
然后，上下桥臂同时导通的子模块的电容电压可以计算得
到：
Figure BDA0003891546580000143
构建子模块中没有桥臂导通时对应的第三电容动态方程，包括：
零个桥臂导通的子模块电容的电压将保持恒定：
Figure BDA0003891546580000144
传统基于MMC模型电磁暂态仿真中，由于MMC中存在大量开关器件，其等效节点电导矩阵时变，进一步导致等效电导矩阵的频繁LU分解。然而，大规模矩阵的LU分解非常耗时，在本发明实施例中，通过构建动态方程，可以使MMC桥臂的等效电导在正常工作运行工况下保持恒定。只有当半桥子模块的导通支路数量变化时，它才会发生变化。利用了基于Leapfrog和梯形法的混合积分方法对桥臂动态方程进行了离散化，将桥臂动态方程等效为带恒定导纳的诺顿电路，不仅降低了***维数，而且使得支路等效电导恒定，避免了高维矩阵的频繁LU分解，大大加快了仿真速度；并且，该模型中考虑了子模块的各种运行工况，保证了其在不同仿真场景下的精度。
基于MMC模型的电磁暂态仿真的流程如图8所示。在每个时步计算开始时，先对控制***进行求解。在此基础上，判断***开关的状态，并进一步确定子模块状态。根据各半桥子模块的开关状态计算MMC各桥臂的等效电导，外部网络中是否有开关动作，如果半桥子模块的两个桥臂同时导通或关闭，则修改等效电导矩阵，包括：
检查网络中是否发生网络切换动作；
若是，进行临界阻尼调整，对桥臂电感的离散化模型进行修改；
求解修改后桥臂电感的离散化模型，得到
Figure BDA0003891546580000151
时刻和
Figure BDA0003891546580000152
时刻对应的支路电流，其中t为当前时刻，Δt为仿真步长；
根据
Figure BDA0003891546580000153
时刻和
Figure BDA0003891546580000154
时刻对应的支路电流计算子模块电容电压。
若未发生网络切换动作，计算MMC各桥臂的历史电流源，计算网络中其余元件的历史电流源，求解网络的节点电压方程，计算包含iarm在内的各支路电流，根据子模块开关状态求解子模块电容电压，t<tmax(预设时间值)时，仿真结束。
在电磁暂态仿真中，临界阻尼调整可以抑制网络切换引起数值振荡。为适应***的临界阻尼调整过程，需要对MMC模型进行修改。临界阻尼调整过程包括两个半步长的后退欧拉法数值积分。假设***中t时刻发生了开关动作，式(1.17)需要以Δt/2的步长离散化。此时，
Figure BDA0003891546580000155
可以利用式(1.29)进行计算。
Figure BDA0003891546580000156
其中，
Figure BDA0003891546580000157
Figure BDA0003891546580000158
式中
Figure BDA0003891546580000159
时刻的电容电压(即
Figure BDA00038915465800001510
)由式(1.24)或(1.27)求得。
接着，执行
Figure BDA0003891546580000161
到t的数值积分。桥臂电感的离散化模型可以表示为：
iarm(t)＝Gvarm(t)+ihist(t) (1.32)
其中，
Figure BDA0003891546580000162
Figure BDA0003891546580000163
综上所述，临界阻尼调整过程的流程如图9所示，包括两个半步长的数值积分计算，t－Δt/2时刻修改***节点导纳矩阵，计算MMC桥臂的历史电流源，计算其余元件的历史电流源，求解***的节点电压方程，计算***各支路电流；t+Δt/2同t－Δt/2时刻，在两个半时步计算结束后，***切换到正常的仿真过程。
在本发明实施例中，电力***电磁暂态分析的仿真软件EMTP仿真计算时，MMC的每个桥臂等效为一个R-L串联电路，大大降低***节点方程的维数。同时，对MMC的电容和电感动态方程进行了解耦计算。在获得电感电流，后显式计算电容器电压。此外，半桥子模块的电容电压计算相互独立，大大提高了计算效率；在电磁暂态仿真中，MMC桥臂的等效电导在正常工作运行工况下保持恒定，只有当半桥子模块的导通支路数量变化时，它才会发生变化。与现有方法相比，该方法避免了电磁暂态仿真中***等效电导矩阵的频繁LU分解，大大加快了仿真速度。
下面对本发明提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置进行描述，下文描述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置与上文描述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法可相互对应参照。
图10为本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置的示意图，如图10所示，本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置包括：
建模模块1001，用于对所述MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
求解模块1002，用于若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
输出模块1003，用于若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
本发明实施例提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置通过对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果，通过构建桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，大大降低***节点方程的维数，同时，对MMC的电容和电感进行了解耦计算，提高计算效率，并且，通过求解桥臂电感的离散化模型先计算出电感电流，再根据电感电流显式计算出电容电压，缩短了计算时间，提高了仿真效率。
图11示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图11所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1110、通信接口(Communications Interface)1120、存储器(memory)1130和通信总线1140，其中，处理器1110，通信接口1120，存储器1130通过通信总线1140完成相互间的通信。处理器1110可以调用存储器1130中的逻辑指令，以执行MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
此外，上述的存储器1130中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，该方法包括：对MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，包括：
对所述MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
2.根据权利要求1所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，所述按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型，包括：
在计算出
Figure FDA0003891546570000011
的子模块的电容电压
Figure FDA0003891546570000012
后，计算得到t时刻的桥臂电感电流iarm(t)，然后计算
Figure FDA0003891546570000013
时刻的电容电压
Figure FDA0003891546570000014
其中t为当前时刻，Δt为仿真步长。
3.根据权利要求2所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，对所述MMC模型中的电感进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型，包括：
根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路；
根据所述子模块的多个等效电路得到多个MMC臂的动态方程；
将多个MMC臂的动态方程归一化处理得到MMC臂统一动态方程；
对所述MMC臂统一动态方程进行离散化，得到桥臂电感的离散化模型。
4.根据权利要求3所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，所述根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态计算子模块的多个等效电路，包括：
根据子模块的两个桥臂只有一个导通时的状态，得到子模块的第一等效电路；
根据子模块的两个桥臂同时导通时的状态，得到子模块的第二等效电路；
根据子模块的两个桥臂同时关断时的状态，得到子模块的第三等效电路。
5.根据权利要求1所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，对所述MMC模型中的电容进行动态建模，得到子模块电容的离散化模型，包括：
根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态构建多个子模块的电容动态方程；
分别对每个子模块的电容动态方程进行离散化，得到各个子模块电容的离散化模型。
6.根据权利要求5所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，所述根据子模块的两个桥臂的导通或关断状态构建多个子模块的电容动态方程，包括：
构建子模块中只有一个桥臂导通时对应的第一电容动态方程；
构建子模块中两个桥臂导通时对应的第二电容动态方程；
构建子模块中没有桥臂导通时对应的第三电容动态方程。
7.根据权利要求1所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法，其特征在于，还包括：
检查网络中是否发生网络切换动作；
若是，进行临界阻尼调整，对所述桥臂电感的离散化模型进行修改；
求解修改后桥臂电感的离散化模型，得到
Figure FDA0003891546570000031
时刻和
Figure FDA0003891546570000032
时刻对应的支路电流，其中t为当前时刻，Δt为仿真步长；
根据
Figure FDA0003891546570000033
时刻和
Figure FDA0003891546570000034
时刻对应的支路电流计算子模块电容电压。
8.一种MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真装置，其特征在于，包括：
建模模块，用于对所述MMC模型中的电感和电容分别进行动态建模，得到桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
求解模块，用于若当前时刻小于预设时间值，按时间顺序交替求解所述桥臂电感的离散化模型和子模块电容的离散化模型；
输出模块，用于若当前时刻不小于预设时间值，将当前时刻对应的桥臂电感的离散化模型求解结果和子模块电容的离散化模型求解结果作为仿真结果。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的MMC的低维导纳电磁暂态建模仿真方法。
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