一种全桥子模块等效仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种全桥子模块等效仿真方法，通过获取全桥子模块运行参数，建立全桥子模块的仿真电路，实现对该仿真电路的仿真。该方法将开关器件视为受控电阻，对全桥子模块进行戴维南等效，利用受控电压源与可控电阻实现对全桥子模块仿真模型的建立，该仿真模型仅用到了三个可控电压源、一个受控电阻以及两个二极管，设计的元器件较少，仿真模型简单，有利于提高仿真模型的仿真效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统仿真
，具体涉及一种全桥子模块等效仿真方法。
技术介绍
2003年德国学者首先提出了模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)拓扑，该类型拓扑的桥臂采用基本运行单元级联的形式，避免大量开关器件直接串联，不存在一致触发问题，因此近年来得到了学界与工业界的广泛关注，并被迅速应用到工程实际当中。MMC拓扑的桥臂由多个子模块串联而成，子模块的结构根据使用场合的需要可分为不同的类型，目前比较常用的有半桥子模块、全桥子模块和箝位双子模块三类。其中全桥子模块因为可靠性高、处理直流故障能力优秀而更具有应用前景。系统仿真建模是对MMC拓扑研究的基础。MMC拓扑包含大量的电力电子器件，在正常运行时，这些电力电子器件将频繁的断开，这会对系统的仿真计算产生很大的负担，特别是在实际工程中，随着MMC电压等级以及容量的增大，单个桥臂所需要串联的子模块数量将随之增大。如果每个子模块都采用传统方法用真实模型搭建，不仅搭建难度大，而且模型后续的仿真计算也将花费很长时间。为提高模型的仿真计算效率，公布号为105117543的中国专利提出了一种考虑多种闭锁模态的基于全桥子模块MMC的等效仿真方法，通过二极管的单向导电性保证了全桥模块正常运行及闭锁状态时的仿真精度，该方法能在一定程度上提高仿真系统的仿真效率，但全桥子模块的仿真模型复杂，构建模型所需要的元器件较多，不利于全桥子模块仿真模型的简化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全桥子模块等效仿真方法，用于解决目前全桥子模块仿真模型元器件复杂的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种全桥子模块等效仿真方法，包括以下步骤：获取全桥子模块运行参数，建立全桥子模块的仿真电路，根据所述运行参数对该仿真电路进行仿真；所述全桥子模块仿真电路包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和一个受控电阻Req，以及两个二极管D1和D2，其中，可控电压源Ueq1的正极对应为全桥子模块仿真电路的正极，可控电压源Ueq1的负极通过受控电阻Req连接可控电压源Ueq2的正极和可控电压源Ueq3的正极，可控电压源Ueq2的负极连接二极管D1的负极，可控电压源Ueq3的负极连接二极管D2的正极，二极管D1的正极和二极管D2的负极相连并构成全桥子模块仿真电路的负极。根据全桥子模块的运行工况和投切状态确定全桥子模块的运行参数，所述运行参数包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req，所述运行工况分为正常运行状态、系统闭锁状态和软起动状态，所述投切状态分为正投入、负投入及切除状态；(1)当运行工况为正常运行状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，当全桥子模块处于切除状态时，(2)当运行工况为系统闭锁状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，(3)当运行工况为软起动状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，当全桥子模块处于切除状态时，其中，Vsm+和Rsm+分别为全桥子模块处于正投入状态时子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻，Vsm-和Rsm-分别为全桥子模块处于负投入状态时子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻，Rsmq为全桥子模块处于切除状态时的等效电阻。当全桥子模块为正投入状态时，所述子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻的计算公式为：式中，Ron为开关器件的通态电阻，Roff为开关器件的断态电阻，VcEQ为子模块中电容的等效历史电压源，Rc为子模块中与电容大小、仿真步长有关的等效电阻；其中，VcEQ及Rc通过下式计算得到：式中，ΔT为仿真步长，C为子模块电容，ic(t-ΔT)为t时刻子模块中流经电容C的电流，uc(t-ΔT)为t时刻子模块中电容C历史电压源的电压值；当全桥子模块为负投入状态时，所述子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻的计算公式为：当全桥子模块为切除状态时，所述子模块的戴维南等效电路的等效电压源为零，等效电阻的计算公式为：其中，Ron为所述子模块开关器件中有电流流过时等效的通态电阻，Roff为所述子模块开关器件中没有电流流过时的等效断态电阻。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种全桥子模块等效仿真方法，该方法将开关器件视为受控电阻，对全桥子模块进行戴维南等效，利用受控电压源与可控电阻实现对全桥子模块的模拟，并通过引入不同的赋值方案实现全桥子模块在不同工况下的所有子模块状态的等效仿真。通过该方法建立的仿真模型仅用到了三个可控电压源、一个受控电阻以及两个二极管，设计的元器件较少，仿真模型更简单，有利于提高仿真模型的仿真效率。附图说明图1是全桥子模块等效仿真模型示意图；图2-a是全桥子模块示意图；图2-b是全桥子模块开关器件等效示意图；图2-c是全桥子模块戴维南等效示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术的一种全桥子模块等效仿真方法的实施例，包括以下步骤：全桥子模块仿真电路的建立如图1所示，包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3、一个受控电阻Req以及两个二极管D1和D2，其中，可控电压源Ueq1的正极对应为全桥子模块仿真电路的正极，可控电压源Ueq1的负极通过受控电阻Req连接可控电压源Ueq2的正极和可控电压源Ueq3的正极，可控电压源Ueq2的负极连接二极管D1的负极，可控电压源Ueq3的负极连接二极管D2的正极，二极管D1的正极和二极管D2的负极相连并构成全桥子模块仿真电路的负极。图1中，全桥子模块运行参数Ueq1、Ueq2、Ueq3及Req是根据子模块处于不同运行工况及投切状态的戴维南等效模型获取的，全桥子模块的运行工况分为正常运行状态、系统闭锁状态和软起动状态，全桥子模块的投切状态分为正投入、负投入和切除状态。当运行工况为正常运行状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，当全桥子模块处于切除状态时，当运行工况为系统闭锁状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，当运行工况为软起动状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，当全桥子模块处于负投入状态时，当全桥子模块处于切除状态时，式中，Vsm+和Rsm+分别为全桥子模块处于正投入状态时子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻，Vsm-和Rsm-分别为全桥子模块处于负投入状态时子模块等效成戴维南电路的等效电压源和等效电阻，Rsmq为全桥子模块处于切除状态时的等效电阻。全桥子模块的戴维南等效过程如图2-a所示，将子模块中的开关器件等效为电阻r1～r4，将子模块中的电容等效成电阻Rc和电压VcEQ：式中，ΔT为仿真步长，C为子模块电容，ic(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全桥子模块等效仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：获取全桥子模块运行参数，建立全桥子模块的仿真电路，根据所述运行参数对该仿真电路进行仿真；所述全桥子模块仿真电路包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和一个受控电阻Req，以及两个二极管D1和D2，其中，可控电压源Ueq1的正极对应为全桥子模块仿真电路的正极，可控电压源Ueq1的负极通过受控电阻Req连接可控电压源Ueq2的正极和可控电压源Ueq3的正极，可控电压源Ueq2的负极连接二极管D1的负极，可控电压源Ueq3的负极连接二极管D2的正极，二极管D1的正极和二极管D2的负极相连并构成全桥子模块仿真电路的负极。

【技术特征摘要】
1.一种全桥子模块等效仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：获取全桥子模块运行参数，建立全桥子模块的仿真电路，根据所述运行参数对该仿真电路进行仿真；所述全桥子模块仿真电路包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和一个受控电阻Req，以及两个二极管D1和D2，其中，可控电压源Ueq1的正极对应为全桥子模块仿真电路的正极，可控电压源Ueq1的负极通过受控电阻Req连接可控电压源Ueq2的正极和可控电压源Ueq3的正极，可控电压源Ueq2的负极连接二极管D1的负极，可控电压源Ueq3的负极连接二极管D2的正极，二极管D1的正极和二极管D2的负极相连并构成全桥子模块仿真电路的负极。2.根据权利要求1所述的全桥子模块等效仿真方法，其特征在于，根据全桥子模块的运行工况和投切状态确定全桥子模块的运行参数，所述运行参数包括三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req，所述运行工况分为正常运行状态、系统闭锁状态和软起动状态，所述投切状态分为正投入、负投入及切除状态；(1)当运行工况为正常运行状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，ueq1=Vsm+Req=Rsm+ueq2=0ueq3=0]]>当全桥子模块处于负投入状态时，ueq1=Vsm-Req=Rsm-ueq2=0ueq3=0]]>当全桥子模块处于切除状态时，ueq1=0Req=Rsmqueq2=0ueq3=0]]>(2)当运行工况为系统闭锁状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，ueq1=0Req=Rsm+ueq2=0ueq3=Vsm+]]>当全桥子模块处于负投入状态时，ueq1=0Req=Rsm+ueq2=Vsm-ueq3=0]]>(3)当运行工况为软起动状态时，三个可控电压源Ueq1、Ueq2、Ueq3和受控电阻Req的计算公式为：当全桥子模块处于正投入状态时，ueq1=0Req=Rsm+ueq2=0ueq3=Vsm+]]>当全桥子模块处于负投入状态时，ueq1=0Req=Rsm+ueq2=Vsm-ueq3=0]]>当全桥子模块处于切除状态时，ueq1=0Req=Rsmqueq2=0ueq3=0]]>其中，Vsm+和Rsm+分别为全桥子模块处于正投入状态时子模块等效成戴维...

【专利技术属性】
技术研发人员：周保荣，吴金龙，行登江，王先为，熊卿，高岩，冯勇亮，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44