LCC换流器多频段动态相量建模与仿真

作     者：林芝茂 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：韩民晓

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电网换相换流器 高压直流输电 动态相量法 多频段动态相量法 图形处理单元 并行计算 

摘      要：随着高压直流工程的不断建设,我国电网已形成大规模交直流互联的电力系统格局。基于电网换相换流器的高压直流输电技术是远距离大容量输电、电网互联的主要选择,而电网换相换流器作为高压直流输电的核心设备,高压直流输电系统的建模主要就是对换流器进行建模,其模型直接影响高压直流输电工程的仿真。基于详细模型的传统电磁暂态仿真或解析的方法精度高,但都只能采用小步长,计算量大速度慢,不适用于交直流混联电网电磁暂态仿真。动态相量模型能够增大仿真步长,但由于存在截断误差导致精度较差。主要研究工作如下:首先,结合多核CPU的并行特性以及信号分解重组与动态相量法原理,得到多频段动态相量法(Multi-Frequency Band Dynamic Phasor,MFBDP)。该方法首先将信号进行傅里叶级数分解,然后按照频率大小分为N个子频段,对每个频段组成的信号进行降频处理,得到频段对应的动态相量,并建立各频段动态相量对应的系统方程,该方程可以采用大步长求解。多频段动态相量间对应的系统方程可以利用多核CPU并行计算。多频段动态相量法既有大步长并行仿真的优点,同时可以考虑更宽的频率范围从而提高仿真精度,因此能够兼顾仿真精度和速度。然后,建立了交流系统对称条件下的电网换相换流器多频段动态相量模型,以六脉动整流系统为例,验证了其能够采用大步长且具有高精度仿真的优点。其次,考虑交流系统发生不对称故障时可能会出现换流器实际触发角偏移和换相角不平衡的情况,将开关函数看作几个分量的叠加得到改进开关函数,基于改进开关函数建立了包含控制系统的直流输电系统多频段动态相量模型,在Matlab中编程实现了该模型,与详细模型对比验证了所提模型能够反映交流不对称下的动态过程,且具有快速准确仿真的结论。最后,研究了 GPU的架构和CUDA平台的编程模型,分析了 GPU并行计算的算法特点,然后将包含高次谐波的换流器动态相量模型在Matlab中编程调用GPU并行工具箱实现了并行计算,并验证了 GPU的加速性能。