一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法技术

本发明专利技术设计一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法。本发明专利技术的核心技术方案是：1、基于单端口子模块的等效电路，列写节点电压方程，并利用快速嵌套求解算法，等效消去内部节点。经过等式变换求得等效电路的诺顿等效表达式，从而得到其戴维南等效电路；2、利用子模块戴维南等效电路，求得整个换流器的等效模型，并使用电磁暂态仿真程序求取各桥臂的桥臂电流值；3、等效电路通过一个步长的求解后，由求得桥臂电流反解单端口MMC桥臂内部节点的节点电压值，更新全部子模块内部信息。

【技术实现步骤摘要】
一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法
本专利技术涉及一种通用单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法，属于柔性直流输电

技术介绍
模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)中子模块(submodule,SM)的数目因工程需求正不断增加，且各种功能先进结构复杂的子模块拓扑正不断涌现，虽然已有MMC模型可大幅提高仿真效率并保证很高的仿真精度，但是已有的模型大都基于半桥和全桥子模块建立，通用性较差。本专利技术针对任意单端口子模块构成的MMC，以戴维南等效模型和嵌套快速同时求解算法为基础，提出了一种通用的电磁暂态等效建模方法。所提出的建模方法本质上是将子模块内部节点的信息转移到外部节点以消去内部节点，从而获得降阶后的子模块诺顿或戴维南等效电路，在等效电路进行一个步长的求解之后，可以通过反解迅速更新全部子模块的内部信息。该方法统一了戴维南模型的参数求解过程，对任意结构的单端口子模块构成的MMC具有很强的通用性。
技术实现思路
本专利技术提供一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法，该建模方法包括以下步骤：步骤1：将单端口MMC单个桥臂全部子模块各自的IGBT及其反并联二极管分别用一个通断状态在高、低阻值切换的可变电导G代替。同时采用梯形积分法将子模块电容离散为一个电导并联一个历史电流源，得到单端口MMC单个桥臂各子模块的等效电路。利用等效电路列写节点电压方程，基于快速嵌套求解算法的思路消去内部节点。通过等式变换求得单端口MMC子模块诺顿等效表达式，据此求出戴维南等效电路。步骤2：将单个子模块串联组成桥臂等效模型，再将桥臂等效模型加入到整个换流器中，利用电磁暂态仿真软件对整个电路网络求解，得到各个桥臂的桥臂电流值。步骤3：由求得的桥臂电流值反解出各个子模块的内部电压，完成单端口MMC每个桥臂内部全部子模块内部信息的更新。附图说明图1为D-HBSM拓扑结构及其等效电路示意图。具体实施方式本专利技术提供一种通用单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法；下面将以双半桥子模块MMC（doublehalfbridgesub-moduleMMC，DHB-MMC）为例，结合附图对本专利技术的建模步骤做进一步详细的说明。图1为单个D-HBSM拓扑结构及其伴随电路示意图，将图1(a)中单个D-HBSM的IGBT及其反并联二极管分别用一可变电导(G1~G8)等效代替。在PSCAD/EMTDC中，当IGBT导通时，可变电导G取GON=100S；当IGBT关断时，可变电导G取GOFF=1e-6S。同时将t时刻单个D-HBSM的子模块电容C离散化为一个电导GC与一个历史电流源ICEQ(t-ΔT)并联。从而得到了t时刻单个D-HBSM的等效电路如图1(b)所示。步骤1：为了列出节点电压方程，先对双半桥子模块进行归类。该子模块为双电容子模块，先设子模块共6个节点，节点1和2为外部节点，k1=1，k2=1，电容节点为i=1，j=3，p=4，q=2，其余节点分别为5和6，i、j与p、q并没有出现相等的情况，因此没有出现共用极板的情况，无需进行短路收缩，可以确定子模块为6个节点。对任一双半桥子模块，以节点2为参考节点，则可设V2=0，列写节点电压方程如公式（1）所示：(1)公式1按照内外节点进行分块，可以改写为如下形式：(2)利用快速嵌套求解的思路，即用外部节点的信息来表示内部节点的信息，仅保留外部节点，消去内部节点。将公式(2)展开为如下两式：(3)(4)从公式(4)中可以解出VIN，如果能求出VEX，则可以利用(5)式求解各子模块电容电压。(5)将(5)代入(3)可以得到：(6)在式(6)中，令：(7)(8)则最终可以得到形如(9)的等式：(9)其中YEX为诺顿等效电导，JEXTsf为诺顿等效电流源。显然，当诺顿参数已知时，等效电路的戴维南参数也为已知。步骤2：将单端口MMC6个桥臂都用步骤1求得的桥臂等效模型替换，并加入到整个单端口MMC仿真电路网络中，之后由电磁暂态仿真软件对整个电路网络进行求解，得到每个桥臂的桥臂电流值。步骤3：根据公式(9)求出任一子模块的VEX，并代入公式(5)中求出VIN的值，从而更新子模块内部电容电压信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法；其特征在于，本专利技术通过嵌套快速求解算法将单端口MMC单个桥臂内全部子模块的内部节点等效消去，将整个桥臂等效为只剩外部节点的等效电路，在对外部等效的同时，能够完整保留单个桥臂的各种内部信息不会出现丢失的情况，是一种精确等效模型；该方法包括以下步骤：步骤1：对所有节点进行编号处理，分离出内部节点和外部节点；列写各个子模块对应的节点电压方程；对节点电压方程分块处理，基于快速嵌套求解算法的思路，利用外部节点的信息来表示内部节点，从而等效消去内部节点；通过等式代换，求解出子模块诺顿等效电路的表达式，并据此求解出戴维南等效电路；步骤2：将单个子模块串联组成桥臂等效模型，再将桥臂等效模型加入到整个换流器中，使用电磁暂态仿真软件对整个电路网络求解，得到各个桥臂的桥臂电流值；步骤3：在步骤2的基础上，由求得的桥臂电流反解得到子模块内部的各节点电压，完成子模块内部信息的更新。

【技术特征摘要】
1.一种单端口子模块MMC电磁暂态通用等效建模方法；其特征在于，本发明通过嵌套快速求解算法将单端口MMC单个桥臂内全部子模块的内部节点等效消去，将整个桥臂等效为只剩外部节点的等效电路，在对外部等效的同时，能够完整保留单个桥臂的各种内部信息不会出现丢失的情况，是一种精确等效模型；该方法包括以下步骤：步骤1：对所有节点进行编号处理，分离出内部节点和外部节点；列写各个子模块对应的节点电压方程；对节点电压方程分块处理，基于快速嵌套求解算法的思路，利用外部节点的信息来表示内部节点，从而等效消去内部节点；通过等式代换，求...

【专利技术属性】
技术研发人员：许建中，赵禹辰，冯谟可，赵成勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11