模块化多电平换流器的仿真装置、仿真系统及仿真方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种模块化多电平换流器的仿真装置、仿真系统及仿真方法，涉及仿真技术领域，为解决现有的利用电磁暂态模型进行的电磁暂态仿真效率较低的问题。所述模块化多电平换流器的仿真装置包括相连接的电网模型和等效模块化多电平换流器：等效模块化多电平换流器包括等效为对应桥臂的第一受控电压源至第六受控电压源，各受控电压源均包括若干级联的子模块等效模型，各子模块等效模型均包括单向导通器件，以及与所述单向导通器件并联的可变电阻，各子模块等效模型均与对应的受控电流源一一对应连接，各受控电流源均等效为对应的子模块等效模型连接的外电路。本发明专利技术提供的模块化多电平换流器的仿真装置用于对模块化多电平换流器进行时域仿真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及仿真
，尤其涉及一种模块化多电平换流器的仿真装置、仿真系统及仿真方法。
技术介绍
柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型输电技术；这种柔性直流输电技术因具有有功-无功快速解耦控制、直流电压稳定、占地面积小等优点受到人们的广泛关注，而且随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modular multilevel converter high voltage direct current，以下简称MMC-HVDC)在可再生能源并网、大容量远距离输电等领域得到了越来越广泛的应用。现有技术中为了提高MMC-HVDC系统的输送容量与电能质量，模块化多电平换流器的每个桥臂通常由数百个子模块串联而成，而且为了满足大容量远距离架空线输电的需求，须采用具有直流故障自清除能力的子模块拓扑结构；基于上述要求，相比于全桥式子模块，新型二极管箝位式子模块在具备故障清除能力的同时，能够显著降低成本，具有较大应用价值。为了保证MMC-HVDC系统稳定的运行状态，一般会对模块化多电平换流器建立电磁暂态模型，并对所建立的电磁暂态模型进行电磁暂态仿真，以判断MMC-HVDC系统在出现故障时电气量的变化情况。但由于模块化多电平换流器采用了较多数量的子模块，在MMC-HVDC系统运行时会产生大量的开关动作，而传统的电磁暂态模型在开关状态发生变位时，会重新生成节点导纳矩阵，并进行数次迭代运算，导致了电磁暂态仿真效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模块化多电平换流器的仿真装置、仿真系统及仿真方法用于解决现有的利用电磁暂态模型进行的电磁暂态仿真效率较低的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的第一方面提供一种模块化多电平换流器的仿真装置，包括：相连接的电网模型和等效模块化多电平换流器，其中，所述等效模块化多电平换流器包括等效为第一上桥臂的第一受控电压源，等效为第一下桥臂的第二受控电压源，等效为第二上桥臂的第三受控电压源，等效为第二下桥臂的第四受控电压源，等效为第三上桥臂的第五受控电压源，等效为第三下桥臂的第六受控电压源；所述第一受控电压源与第二受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第一相单元；第三受控电压源与第四受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第二相单元；第五受控电压源与所述第六受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第三相单元；所述第一受控电压源、所述第二受控电压源、所述第三受控电压源、所述第四受控电压源、所述第五受控电压源和所述第六受控电压源均包括若干级联的子模块等效模型，所述子模块等效模型为二极管箝位式子模块等效模型，所述子模块等效模型包括单向导通器件，以及与所述单向导通器件并联的可变电阻，各所述子模块等效模型均与对应的受控电流源一一对应连接；各所述受控电流源均等效为对应的所述子模块等效模型连接的外电路，各所述受控电流源的输出电流为对应的所述子模块等效模型所在受控电压源的电流。基于上述模块化多电平换流器的仿真装置的技术方案，本专利技术的第二方面提供一种模块化多电平换流器的仿真系统，包括全局求解器、局部求解器，以及上述模块化多电平换流器的仿真装置；所述全局求解器用于获得各受控电压源对应的电流；所述局部求解器用于根据各所述受控电压源对应的电流，获得对应子模块等效模型的端口电压；所述全局求解器还用于根据各所述子模块等效模型的端口电压，得到对应受控电压源的电压值。基于上述模块化多电平换流器的仿真系统的技术方案，本专利技术的第三方面提供一种模块化多电平换流器的仿真方法，所述模块化多电平换流器的仿真方法由上述模块化多电平换流器的仿真系统实施，所述模块化多电平换流器的仿真方法包括以下步骤：步骤101，采用全局求解器获得各受控电压源对应的电流；步骤102，局部求解器根据各所述受控电压源对应的电流，获得对应子模块等效模型的端口电压；步骤103，所述全局求解器根据各所述子模块等效模型的端口电压，得到对应受控电压源的电压值；步骤104，重复步骤101-步骤103，直到达到预设仿真时间结束。本专利技术提供的模块化多电平换流器的仿真装置中，模块化多电平换流器中的各桥壁均被等效为对应的受控电压源，各桥壁中包括的若干子模块均被等效为对应的子模块等效模型，因此，本专利技术提供的模块化多电平换流器的仿真装置能够通过采用全局求解器和局部求解器相互配合，交替计算后获得对应时段的仿真结果；获得仿真结果的过程中，不需要进行迭代计算，即仿真步长固定不变；因此，本专利技术实施例提供的模块化多电平换流器的仿真装置在保证了仿真准确率的同时提高了仿真效率。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为现有技术中三相模块化多电平换流器结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的仿真装置电路图；图3为本专利技术实施例提供的三相模块化多电平换流器解耦等效模型示意图；图4为本专利技术实施例提供的子模块解耦等效模型示意图；图5为现有技术中子模块的电路图；图6为本专利技术实施例提供的子模块等效模型电路图；图7为本专利技术实施例提供的仿真流程示意图；图8为本专利技术实施例提供的仿真时间对比示意图。附图标记：1-全局求解器，2-局部求解器。具体实施方式为了进一步说明本专利技术实施例提供的模块化多电平换流器的仿真装置、仿真系统及仿真方法，下面结合说明书附图进行详细描述。请参阅图1，本专利技术实施例提供的模块化多电平换流器的仿真装置所仿真的模块化多电平换流器为二极管箝位式模块化多电平换流器，且模块化多电平换流器包括三相，其中的每一相均包括两个串联的桥壁，即串联在一起的上桥臂和下桥臂；各上桥臂和各下桥臂均包括若干级联的子模块，以及与若干级联的子模块串联的一个桥臂电抗器L，子模块为二极管箝位式子模块。图1中的SM_ap_1至SM_ap_n；SM_bp_1至SM_bp_n；SM_cp_1至SM_cp_n分别代表对应相的上桥臂所包括的若干子模块，SM_an_1至SM_an_n；SM_bn_1至SM_bn_n；SM_cn_1至SM_cn_n分别代表对应相的下桥臂所包括的若干子模块；iap，ibp，icp分别代表对应相的上桥臂电流，ian，ibn，icn分别代表对应相的下桥臂电流，即iap，ibp，icp，ian，ibn，icn分别代表对应的受控电压源的电流，Udc为模块化多电平换流器的直流电压。请参阅图2，本专利技术实施例提供的模块化多电平换流器的仿真装置，包括：相连接的电网模型和等效模块化多电平换流器，图2中uabc为电网模型的三相电压、Bg和Bc为三相交流母线，Rt为变压器漏阻，Lt为变压器漏感，Rs为启动电阻，Ks为启动电阻旁路开关，iabc为模块化多电平换流器的三相交流电流，vabc为模块化多电平换流器的三相桥端电压，MMC为等效模块化多电平换流器，Rdc为直流短路电阻，Kdc为短路故障开关，Iload为直流负载。请参阅图3，等效模块化多电平换流器包括等效为第一上桥臂的第一受控电压源Uap，等效为第一下桥臂的第二受控电压源Uan，等效为第二上桥臂的第三受控电压源Ubp，等效为第二下桥臂的第四受控电压源Ubn，等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平换流器的仿真装置，其特征在于，包括：相连接的电网模型和等效模块化多电平换流器，其中，所述等效模块化多电平换流器包括等效为第一上桥臂的第一受控电压源，等效为第一下桥臂的第二受控电压源，等效为第二上桥臂的第三受控电压源，等效为第二下桥臂的第四受控电压源，等效为第三上桥臂的第五受控电压源，等效为第三下桥臂的第六受控电压源；所述第一受控电压源与第二受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第一相单元；第三受控电压源与第四受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第二相单元；第五受控电压源与所述第六受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第三相单元；所述第一受控电压源、所述第二受控电压源、所述第三受控电压源、所述第四受控电压源、所述第五受控电压源和所述第六受控电压源均包括若干级联的子模块等效模型，所述子模块等效模型为二极管箝位式子模块等效模型，所述子模块等效模型包括单向导通器件，以及与所述单向导通器件并联的可变电阻，各所述子模块等效模型均与对应的受控电流源一一对应连接；各所述受控电流源均等效为对应的所述子模块等效模型连接的外电路，各所述受控电流源的输出电流为对应的所述子模块等效模型所在受控电压源的电流。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平换流器的仿真装置，其特征在于，包括：相连接的电网模型和等效模块化多电平换流器，其中，所述等效模块化多电平换流器包括等效为第一上桥臂的第一受控电压源，等效为第一下桥臂的第二受控电压源，等效为第二上桥臂的第三受控电压源，等效为第二下桥臂的第四受控电压源，等效为第三上桥臂的第五受控电压源，等效为第三下桥臂的第六受控电压源；所述第一受控电压源与第二受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第一相单元；第三受控电压源与第四受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第二相单元；第五受控电压源与所述第六受控电压源串联，构成所述等效模块化多电平换流器的第三相单元；所述第一受控电压源、所述第二受控电压源、所述第三受控电压源、所述第四受控电压源、所述第五受控电压源和所述第六受控电压源均包括若干级联的子模块等效模型，所述子模块等效模型为二极管箝位式子模块等效模型，所述子模块等效模型包括单向导通器件，以及与所述单向导通器件并联的可变电阻，各所述子模块等效模型均与对应的受控电流源一一对应连接；各所述受控电流源均等效为对应的所述子模块等效模型连接的外电路，各所述受控电流源的输出电流为对应的所述子模块等效模型所在受控电压源的电流。2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的仿真装置，其特征在于，所述子模块等效模型包括：第一电容、第二电容、并联的第一可变电阻和第一二极管、并联的第二可变电阻和第二二极管、并联的第三可变电阻和第三二极管、并联的第四可变电阻和第四二极管；其中，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接，所述第一二极管的正极与所述子模块等效模型的正输出端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第四二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第三二极管的正极连接，所述第二二极管的正极与所述第二电容的另一端连接，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述子模块等效模型的负输出端连接。3.一种模块化多电平换流器的仿真系统，其特征在于，包括全局求解器、局部求解器，以及权利要求1或2所述的模块化多电平换流器的仿真装置；所述全局求解器用于获得各受控电压源对应的电流；所述局部求解器用于根据各所述受控电压源对应的电流，获得对应子模块等效模型的端口电压；所述全局求解器还用于根据各所述子模块等效模型的端口电压，得到对应受控电压源的电压值。4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器的仿真系统，其特征在于，所述局部求解器包括依次连接的参数获取单元、电阻更新单元、节点电压更新单元以及端口电压输出单元；其中，所述参数获取单元用于对所述子模块等效模型所对应的各个状态分别进行离散化，得到延时电流导纳矩阵G和一组支路阻抗矩阵Zj；所述电阻更新单元用于根据所述模块化多电平换流器中当前子模块的开关元件对应的驱动信号、以及当前所述子模块等效模型中的单向导通器件的延时端电压，得到可变电阻的取值；确定目标支路阻抗矩阵Zi，其中i∈j；所述节点电压更新单元用于根据所述受控电压源对应的电流、所述延时电流导纳矩阵G、延时节点电压和所述目标支路阻抗矩阵Zi，获得对应的当前节点电压；所述端口电压输出单元用于根据所述当前节点电压获得所述端口电压。5.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器的仿真系统，其特征在于，所述全局求解器为通用电磁暂态仿真软件提供的全局求解器。6.一种模块化多电平换流器的仿真方法，其特征在于，所述模块化多电平换流器的仿真方法由权利要求3所述的模块化多电平换流器的仿真系统实施，所述模块化多电平换流器的仿真方法包括以下步骤：步骤101，采用全局求解器获得各受控电压源对应的电流；步骤102，局部求解器根据各所述受控电压源对应的电流，获得对应子模块等效模型的端口电压；步骤103，所述全局求解器根据各所述子模块等效模型的端口电压，得到对应受控电压源的电压值；步骤104，重复步骤101-步骤103，直到达到预设仿真时间结束。7.根据权利要求6所述的模块化多电平换流器的仿真方法，其特征在于，所述局部求解器根据当前各所述受控电压源对应的电流，获得对应所述子模块等效模型的端口电压包括以下步骤；步骤201，对所述子模块等效模型所对应的各个状态分别进行离散化，得到延时电流导纳矩阵G和一组支路阻抗矩阵Zj；步骤202，根据所述模块化多电平换流器中当前子模块的开关元件对应的驱动信号、以及当前所述子模块等效模型中的单向导通器件的延时端电压，得到可变电阻的取值；确定目标支路阻抗矩阵Zi，其中i∈j；步骤203，根据所述受控电压源对应的电流、所述延时电流导纳矩阵G、延时节点电压和所述目标支路阻抗矩阵Zi，获得对应的当前节点电压；步骤204，根据所述当前节点电压获得所述端口电压。8.根据权利要求7所述的模块化多电平换流器的仿真方法，其特征在于，所述子模块等效模型包括：第一电容、第二电容、并联的第一可变电阻和第一二极管、并联的第二可变电阻和第二二极管、并联的第三可变电阻和第三二极管、并联的第四可变电阻和第四二极管；其中，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接，所述第一二极管的正极与所述子模块等效模型的正输出端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第四二极管的负极连接，所述第二二极管的正极与所述第三二极管的正极连接，所述第二二极管的正极与所述第二电容的另一端连接，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述子模块等效模型的负输出端连接；在所述步骤201，所述一组支路阻抗矩阵Zj为： Z j = 1 R 2 + 1 R 3 + C 2 T s - 1 R 2 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚文明，朱喆，许树楷，饶宏，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东;44