科创中国
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电压源换流器电磁-热动态过程实时仿真技术及应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-09-01 14:45:31
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”新型电力系统装备产业科技服务团| 刘淼 | 2022-09-02 10:58:26
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。
（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%。
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。
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。
相关技术成果助力南瑞继保等相关产业单位的产品研发，为合作单位提供可复制、可推广的经验，已在张北柔性直流电网等多个首台套示范工程中应用。
研究成果能提供更全面更贴近装置实际工况的仿真环境，提高研发水平和运行可靠性，从而提高系统动态和暂态稳定性，减少电网稳定事故造成的停电损失，造福经济社会。
带动国内建模与仿真技术进步，降低国外技术和市场占有率，打破国外公司对我国的垄断高价。
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