电压源换流器电磁-热动态过程实时仿真技术及应用

发布时间: 2022-09-01

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术服务

成果类型：发明专利

行业领域：

电力、热力、燃气及水生产和供应业,电力、热力生产和供应业

成果介绍

新型电力系统的构建促使电力系统向高度电力电子化加速演变，电力电子仿真技术作为评估装置器件选型、控制保护设计、接入系统特性的重要手段，目前严重依赖进口，IGBT及驱动保护的详细动态特性又被国外公司封锁，导致国内相关产业设计与研发严重依赖经验以及器件的降额使用。同时电力电子装置器件多、开关状态瞬变，换流链模型简化与精细化仿真难以兼顾；器件热参数受温度影响，热路精准构建困难；电路和热路耦合，一体化实时仿真测试技术尚属空白。依托华电赵成勇教授团队高速、高精度仿真理论研究基础，联合联研院器件及装置研发优势，在国家863计划等项目支持下，团队历时12年，攻克了电压源换流器电磁-热动态过程实时仿真技术。

成果亮点

（1）纳秒级开关暂态和微秒级电磁暂态过程精细化仿真和并行加速技术针对电力电子装置电路模型简化与精细化仿真难以兼顾问题，提出了基于广义诺顿循环嵌套的换流链加速建模方法，发明了响应器件结温变化的开关暂态模型，构建了计及器件杂散参数的传输线解耦接口，实现了换流链电磁暂态和开关暂态仿真与异步数据交互，模型计算效率提高3个数量级，暂态最大误差在4%以内。（2）电力电子装置IGBT热动态与秒级换流阀热动态过程模拟技术针对器件热参数受温度影响、热路精准构建困难问题，建立了IGBT器件PN结-封装壳-散热器的全域热传递模型，提出了换流阀多壳温与散热系统并行热动态交互方法，实现了非线性复杂传热系统、分布式冲击热源的等效建模与热电转换，所建立的热源等效模型对不同拓扑换流链具有自适应性，IGBT热动态仿真计算时间缩短约37%。

团队介绍

项目成果支撑了张北四端柔性直流电网、张北柔性变电站、崇礼低碳冬奥微电网、上海统一潮流控制器、天津静止同步串联补偿器等示范工程的一体化闭环测试。推广应用于思源清能等多家企业，近三年新增销售额126037万元，新增利润4647万元。项目授权国家发明专利34项，出版专著3部，发表论文48篇。项目成果显著缩短首台套高端装备研发周期，有效降低装备研制成本，大幅提升电力电子装置在电力系统中的性能，推动了含电力电子装置多动态联合仿真技术进步，带动了电力电子装备产业发展。

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团 (中国电工技术学会) 评价时间：2022-09-05

韩英铎

清华大学

中国工程院院士

综合评价

电力电子装置的电磁暂态、开关暂态及热动态高精度建模难度极大，制约了装置研发、测试与应用。项目历时14年，突破了面向电力电子装置的多时间尺度混合实时仿真平台构建及工程应用技术，研制了电力电子装置多动态一体化实时仿真平台，实现了纳秒级开关暂态、微秒级电磁暂态和秒级热动态的实时仿真及工程应用，成果显著缩短了装备前期研发周期、有效降低装备研制成本，推动了含电力电子装置的仿真技术发展。获授权国家发明专利34项，出版专著3部，发表论文48篇。应用于上海UPFC、天津SSSC、张北柔性变电等示范工程，近三年新增销售额126037.59万元，新增利润4647.08万元，取得了显著经济社会效益。

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