一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型制造技术

本实用新型专利技术公开了一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，包括六个相同的桥臂等效电路，桥臂等效电路包括一个桥臂电感等效支路和两个开关支路，每个开关支路的一端与桥臂电感等效支路的一端连接，每个开关支路的另一端与直流正极端口或直流负极端口连接，桥臂电感等效支路的另一端与三相交流电的一个端口连接；每个开关支路均包括第一等效电阻、第一受控电流源和受控电压源，第一等效电阻与第一受控电流源为并联连接，受控电压源分别与第一等效电阻、第一受控电流源连接；桥臂电感等效支路包括第二等效电阻和第二受控电流源，第二等效电阻与第二受控电流源为并联连接。本实用新型专利技术能避免仿真计算中大小步长解耦的方式造成的故障电流误差。造成的故障电流误差。造成的故障电流误差。

【技术实现步骤摘要】
一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型


[0001]本技术涉及仿真
，尤其涉及一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流输电具有有功无功独立控制、直流电压稳定、交流电压谐波少、占地面积小等优点，因而近年来在大容量远距离输电、异步联网、可再生能源并网等方面取得了大量应用。模块化多电平换流器一般由结构、功能相似的数千个功率模块构成，每个功率模块又包含若干电力电子开关器件，具有结构复杂、控制难度大的特点。为了保障柔性直流输电系统的可靠性，一般需要在厂内和投产前，利用数字实时仿真系统对柔直控保系统进行充分的半实物仿真测试，以验证相关功能与性能达到设计要求。其中，MMC的数字实时仿真模型是整个仿真系统的关键部分。
[0003]现有MMC实时仿真模型一般基于大小步长的仿真计算方式，即通过解耦将MMC模型分成桥臂模型与子模块模型两个部分，并在CPU中采用大步长(20～100μs)完成桥臂模型的仿真计算，在FPGA中采用小步长(0.5～2μs)完成子模块模型的仿真计算。采用这种方式，有效地解决了包含大量电力电子开关系统的实时仿真难题。但大小步长解耦的方式也容易造成一些极端工况下的较大误差，例如发生桥臂短路时，短路电流上升率较大，而桥臂与模块大小步长异步计算的方式造成模块响应被延迟，最终造成故障电流误差较大。

技术实现思路

[0004]本技术实施例的目的是提供一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，提出一种能够完全采用FPGA计算的MMC小步长实时仿真的等效电路模型，以实现功率模块与桥臂回路的解耦，避免仿真计算中大小步长解耦的方式造成的故障电流误差。
[0005]为实现上述目的，本技术实施例提供了一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，包括六个相同的桥臂等效电路，每个所述桥臂等效电路均包括一个桥臂电感等效支路和两个开关支路，两个所述开关支路为并联连接，每个所述开关支路的一端与所述桥臂电感等效支路的一端连接，每个所述开关支路的另一端与直流正极端口或直流负极端口连接，所述桥臂电感等效支路的另一端与三相交流电的一个端口连接；其中，每个所述开关支路均包括一个第一等效电阻、一个第一受控电流源和一个受控电压源，所述第一等效电阻与所述第一受控电流源为并联连接，所述受控电压源分别与所述第一等效电阻、所述第一受控电流源连接；所述桥臂电感等效支路包括一个第二等效电阻和一个第二受控电流源，所述第二等效电阻与所述第二受控电流源为并联连接。
[0006]优选地，所述第一等效电阻的一端分别与所述直流正极端口、所述第一受控电流源的一端连接，所述第一等效电阻的另一端分别与所述第一受控电流源的另一端、所述受控电压源的一端连接，所述受控电压源的另一端分别与所述第二等效电阻的一端、所述第
二受控电流源的一端连接，所述第二等效电阻的另一端与所述三相交流电的一个端口连接，所述第二受控电流源的另一端与所述三相交流电的一个端口连接。
[0007]优选地，六个相同的桥臂等效电路分为两组，一组为三个上桥臂，另一组为三个下桥臂，所述上桥臂的一端与所述直流正极端口连接，另一端与三相交流电的一个端口连接；所述下桥臂的一端与所述直流负极端口连接，另一端与三相交流电的一个端口连接。
[0008]优选地，所述受控电压源的电压为其中，U1为所述受控电压源的电压值，U
1_k
为全桥型模块化多电平换流器中第k个全桥型功率模块两端的端口电压，n为全桥型模块化多电平换流器中全桥型功率模块的模块数，1≤k≤n。
[0009]优选地，每一个所述全桥型功率模块中的模块电容等效为一个第三等效电阻和一个第三受控电流源，所述第三等效电阻与所述第三受控电流源为并联连接，所述模块电容的电压为U
C
＝R
C
(I
C
+Ih
C
)；其中，U
C
为所述模块电容的电压值，R
C
为所述第三等效电阻的电阻值，I
C
为流经所述模块电容的电流值，Ih
C
为所述第三受控电流源的电流值。
[0010]优选地，所述第一等效电阻两端的电压为U
S1
＝R
S
(Ih
S1
+i1)；其中，U
S1
为所述第一等效电阻两端的电压值，R
S
为所述第一等效电阻的电阻值，Ih
S1
为所述第一受控电流源的电流值，i1为流经所述第一等效电阻所在的所述开关支路的电流值。
[0011]优选地，所述桥臂电感等效支路两端的电压为U
L
＝R
L
(Ih
L
+i)；其中，U
L
为所述桥臂电感等效支路两端的电压值，R
L
为所述第二等效电阻的电阻值，Ih
L
为所述第二受控电流源的电流值，i为流经所述桥臂电感等效支路的电流值，i＝i1+i2，i2为流经该桥臂电感等效支路的另一个所述开关支路的电流值。
[0012]与现有技术相比，本技术实施例提供的一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，提出一种能够完全采用FPGA计算的MMC小步长实时仿真的等效电路模型，以实现功率模块与桥臂回路的解耦，避免仿真计算中大小步长解耦的方式造成的故障电流误差。
附图说明
[0013]图1是本技术一实施例提供的一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型的结构示意图；
[0014]图2是本技术一实施例提供的一种现有的全桥型模块化多电平换流器的拓扑结构示意图；
[0015]图3是本技术一实施例提供的一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0017]参见图1，是本技术实施例提供的一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿
真模型的结构示意图，该仿真模型包括六个相同的桥臂等效电路，每个所述桥臂等效电路均包括一个桥臂电感等效支路和两个开关支路，两个所述开关支路为并联连接，每个所述开关支路的一端与所述桥臂电感等效支路的一端连接，每个所述开关支路的另一端与直流正极端口或直流负极端口连接，所述桥臂电感等效支路的另一端与三相交流电的一个端口连接；其中，每个所述开关支路均包括一个第一等效电阻、一个第一受控电流源和一个受控电压源，所述第一等效电阻与所述第一受控电流源为并联连接，所述受控电压源分别与所述第一等效电阻、所述第一受控电流源连接；所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，其特征在于，包括六个相同的桥臂等效电路，每个所述桥臂等效电路均包括一个桥臂电感等效支路和两个开关支路，两个所述开关支路为并联连接，每个所述开关支路的一端与所述桥臂电感等效支路的一端连接，每个所述开关支路的另一端与直流正极端口或直流负极端口连接，所述桥臂电感等效支路的另一端与三相交流电的一个端口连接；其中，每个所述开关支路均包括一个第一等效电阻、一个第一受控电流源和一个受控电压源，所述第一等效电阻与所述第一受控电流源为并联连接，所述受控电压源分别与所述第一等效电阻、所述第一受控电流源连接；所述桥臂电感等效支路包括一个第二等效电阻和一个第二受控电流源，所述第二等效电阻与所述第二受控电流源为并联连接。2.如权利要求1所述的全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，其特征在于，所述第一等效电阻的一端分别与所述直流正极端口、所述第一受控电流源的一端连接，所述第一等效电阻的另一端分别与所述第一受控电流源的另一端、所述受控电压源的一端连接，所述受控电压源的另一端分别与所述第二等效电阻的一端、所述第二受控电流源的一端连接，所述第二等效电阻的另一端与所述三相交流电的一个端口连接，所述第二受控电流源的另一端与所述三相交流电的一个端口连接。3.如权利要求1所述的全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，其特征在于，六个相同的桥臂等效电路分为两组，一组为三个上桥臂，另一组为三个下桥臂，所述上桥臂的一端与所述直流正极端口连接，另一端与三相交流电的一个端口连接；所述下桥臂的一端与所述直流负极端口连接，另一端与三相交流电的一个端口连接。4.如权利要求1所述的全桥型模块化多电平换流器的实时仿真模型，其特征在于，所述受控电压源的电压为其中，U1为所述受控电压源的电压值，U
1_k
为全桥型模块化多电平换流器中第k个全桥型功率模块两端的端口电压，n为全桥型模块化多电平换流器中全桥型功率...

【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，
类型：新型
国别省市：