模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法及装置，将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；阀段等效电路包括第一二极管、第二二极管、第一受控电压源、第二受控电压源、第三受控电压源；第一二极管的阳极与第二二极管的阴极相连的公共端作为阀段等效电路的正极端；第一二极管的阴极与第一受控电压源的正极相连，第二二极管的阳极与第二受控电压源的正极相连，第一受控电压源的负极、第二受控电压源的负极及第三受控电压源的正极相连的公共端作为阀段等效电路的中点；第三受控电压源的负极作为阀段等效电路的负极端。通过上述方法及装置得到的阀段等效电路，具备良好的通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变流器仿真
，尤其涉及一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法及装置。
技术介绍
在高压大容量电力电子变流器领域，模块化多电平变流器因其具备谐波特性好、模块化设计、控制灵活等特点，已在柔性直流输电、柔性交流输电、电机变频驱动等场合得到了广泛应用。对模块化多电平变流器进行电磁暂态仿真研究，是研究模块化多电平变流器的稳态、暂态特性、确定主要元器件参数、设计控制保护策略的重要途径，因此仿真研究的准确性需要得到保证。为准确进行模块化多电平变流器的仿真，一种现有的仿真模型是在PSCAD或MATLAB等仿真软件中，按照模块化多电平变流器的电路结构，搭建由开关器件、电容、电感构成的详细仿真模型。然而，模块化多电平变流器本身往往由多达上百个子模块构成，详细仿真模型的节点数过多，导致仿真速度非常慢，严重影响了仿真效率。为在尽可能保证仿真准确度的前提下，提高仿真速度，需要搭建模块化多电平变流器的快速电磁暂态仿真模型。目前已有文献提出的快速电磁暂态仿真模型包括两大类。一大类是戴维南等效模型，首先将子模块电路等效为受控电压源和电阻的串联电路，进而将整个桥臂电路简化，从而提高仿真效率。戴维南模型能够准确反映子模块级的电路特性，仿真准确度高，且能够验证电容均压算法的有效性，但仿真时间会随子模块数目的增加而增加。另一大类则是平均值模型，在假设各子模块电容电压已实现均压的前提下，将桥臂直接等效为受控电压源和电阻的串联支路，并通过子模块电容的微分方程计算子模块电容电压平均值。由于不需要对每个子模块单独建模，平均值模型具备比戴维南模型更快的仿真速度，且能够准确反映桥臂级的电气量，包括桥臂电流、子模块电容电压等电气量，但其无法反映子模块内部的电气量，无法仿真少数子模块故障下变流器的行为，也无法验证电容均压算法的有效性。在不需要分析子模块级电气量的应用场合中，采用平均值模型具备更高的仿真效率。然而，现有文献提出的平均值模型中，针对不同类型的子模块，需要根据子模块内部开关器件的连接关系，设计不同的阀段等效电路，其通用性差。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种通用性好的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法及装置。一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，包括：将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；其中，每个所述桥臂包括至少两个串联的所述阀段，每个所述阀段包括至少两个串联的子模块，每个所述阀段内部的子模块的类型相同；所述阀段等效电路包括第一二极管、第二二极管、第一受控电压源、第二受控电压源、第三受控电压源；所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连的公共端作为所述阀段等效电路的正极端；所述第一二极管的阴极与所述第一受控电压源的正极相连，所述第二二极管的阳极与所述第二受控电压源的正极相连，所述第一受控电压源的负极、所述第二受控电压源的负极及所述第三受控电压源的正极相连的公共端作为所述阀段等效电路的中点；所述第三受控电压源的负极作为所述阀段等效电路的负极端。一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真装置，包括：模型转换模块，用于将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；其中，每个所述桥臂包括至少两个串联的所述阀段，每个所述阀段包括至少两个串联的子模块，每个所述阀段内部的子模块的类型相同；所述阀段等效电路包括第一二极管、第二二极管、第一受控电压源、第二受控电压源、第三受控电压源；所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连的公共端作为所述阀段等效电路的正极端；所述第一二极管的阴极与所述第一受控电压源的正极相连，所述第二二极管的阳极与所述第二受控电压源的正极相连，所述第一受控电压源的负极、所述第二受控电压源的负极及所述第三受控电压源的正极相连的公共端作为所述阀段等效电路的中点；所述第三受控电压源的负极作为所述阀段等效电路的负极端。上述模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法及装置，将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；结合能量平衡原理可以将所述阀段内部子模块的动态特性通过受控电压源的控制电压来体现，可以减少变流器节点数，从而提升仿真速度；同时，只需要改变决定受控电压源的控制电压中的少量参数，即可在不改变主回路电路结构的前提下，准确反映阀段内部电气量的暂态特性和高频特性。因此，通过上述方法及装置得到的阀段等效电路适用于基于不同类型的子模块的模块化多电平变流器，具备良好的通用性。附图说明图1为一实施例的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法的流程图；图2为模块化多电平变流器的一个桥臂的结构示意图；图3为图2的桥臂的一个阀段的阀段等效电路的电路图；图4为双星接结构模块化多电平变流器的结构图；图5为单星接结构模块化多电平变流器的结构图；图6为半桥子模块电路结构图；图7为全桥子模块电路结构图；图8为箝位双子模块电路结构图；图9为箝位单子模块电路结构图；图10为正对角桥子模块电流结构图；图11为负对角桥子模块电路结构图；图12为一实施例的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真装置的结构图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1至图3，一实施方式的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，包括：S110：将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；其中，每个桥臂包括至少两个串联的阀段，每个所述阀段包括至少两个串联的子模块，每个所述阀段内部的子模块的类型相同；阀段等效电路包括第一二极管D31、第二二极管D32、第一受控电压源V31、第二受控电压源V32、第三受控电压源V33；第一二极管D31的阳极与第二二极管D32的阴极相连的公共端作为阀段等效电路的正极端；第一二极管D31的阴极与第一受控电压源V31的正极相连，第二二极管D32的阳极与第二受控电压源V32的正极相连，第一受控电压源V31的负极、第二受控电压源V32的负极及第三受控电压源V33的正极相连的公共端作为阀段等效电路的中点M；第三受控电压源V33的负极作为阀段等效电路的负极端。上述模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；结合能量平衡原理可以将所述阀段内部子模块的动态特性通过受控电压源的控制电压来体现，可以减少变流器节点数，从而提升仿真速度；同时，只需要改变决定受控电压源的控制电压中的少量参数，即可在不改变主回路电路结构的前提下，准确反映阀段内部电气量的暂态特性和高频特性。因此，通过上述方法得到的阀段等效电路适用于基于不同类型的子模块的模块化多电平变流器，具备良好的通用性。在一个具体实施例中，桥臂由至少两个串联的阀段构成；每个阀段由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，包括：将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；其中，每个所述桥臂包括至少两个串联的所述阀段，每个所述阀段包括至少两个串联的子模块，每个所述阀段内部的子模块的类型相同；所述阀段等效电路包括第一二极管、第二二极管、第一受控电压源、第二受控电压源、第三受控电压源；所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连的公共端作为所述阀段等效电路的正极端；所述第一二极管的阴极与所述第一受控电压源的正极相连，所述第二二极管的阳极与所述第二受控电压源的正极相连，所述第一受控电压源的负极、所述第二受控电压源的负极及所述第三受控电压源的正极相连的公共端作为所述阀段等效电路的中点；所述第三受控电压源的负极作为所述阀段等效电路的负极端。

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，包括：将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路；其中，每个所述桥臂包括至少两个串联的所述阀段，每个所述阀段包括至少两个串联的子模块，每个所述阀段内部的子模块的类型相同；所述阀段等效电路包括第一二极管、第二二极管、第一受控电压源、第二受控电压源、第三受控电压源；所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连的公共端作为所述阀段等效电路的正极端；所述第一二极管的阴极与所述第一受控电压源的正极相连，所述第二二极管的阳极与所述第二受控电压源的正极相连，所述第一受控电压源的负极、所述第二受控电压源的负极及所述第三受控电压源的正极相连的公共端作为所述阀段等效电路的中点；所述第三受控电压源的负极作为所述阀段等效电路的负极端。2.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述模块化多电平变流器为双星接结构模块化多电平变流器；所述双星接结构模块化多电平变流器包括：三个相单元电路，每个相单元包括桥臂、上电抗器和下电抗器，所述桥臂包括上桥臂和下桥臂；所述上桥臂的正极端作为相单元的直流侧出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上电抗器的一端相连；所述上电抗器的另一端与所述下电抗器的一端相连的公共端，作为相单元的交流侧出线端；所述下电抗器的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂的负极端为相单元的直流侧出线负极端；三个相单元的直流侧出线正极端相连，形成所述双星接结构模块化多电平变流器的直流侧正极；三个相单元的直流侧出线负极端相连，形成所述双星接结构模块化多电平变流器的直流侧负极。3.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述模块化多电平变流器为单星接结构模块化多电平变流器；所述单星接结构模块化多电平变流器包括：三个相单元电路，每个相单元包括桥臂和电抗器；所述电抗器的一端作为相单元的交流侧出线端，所述电抗器的另一端与所述桥臂的正极端相连，所述桥臂的负极端作为相单元的接地端；三个相单元的接地端相连的公共端接地。4.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述将模块化多电平变流器中的每个桥臂中的至少一个阀段等效为阀段等效电路的步骤之后，还包括：获取所述阀段中的子模块电容、子模块电容电压初始值及子模块开关器件导通电阻；获取所述阀段中的子模块类型，并根据所述子模块类型及所述子模块开关器件导通电阻确定子模块参数；获取以从所述阀段的正极端流向负极端为正方向的实时阀段电流，并获取所述阀段的正极端相对阀段中点的实时电位差；根据预设的变流器控制策略确定所述阀段的实时工作状态，以及在所述实时工作状态为正常工作状态时，所需输出的电平数；获取所述阀段中的子模块数量，并根据所述子模块数量、所述子模块电容、所述实时电位差、所述实时阀段电流及所述子模块电容电压初始值确定所述阀段的子模块的电容电压的平均值；根据所述平均值、所述实时工作状态、所述子模块数量及所述子模块参数确定所述第一受控电压源的控制电压及所述第二受控电压源的控制电压；根据所述实时阀段电流、所述实时工作状态、所述子模块数量及所述子模块参数确定所述第三受控电压源的控制电压。5.根据权利要求4所述的模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真方法，其特征在于，所述子模块的类型包括半桥子模块、全桥子模块、箝位双子模块、箝位单子模块、正对角桥子模块及负对角桥子模块。6.一种模块化多电平变流器快速电磁暂态仿真装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊文，于心宇，刘育权，姜齐荣，阳曾，谢小荣，尚慧玉，魏应东，赵宏伟，
申请(专利权)人：广州供电局有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：广东;44