一种全桥子模块型制造技术

本发明专利技术公开了一种全桥子模块型

【技术实现步骤摘要】
一种全桥子模块型MMC快速仿真方法及系统


[0001]本专利技术属于直流输电
，具体地说是一种基于桥臂等效电容的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法及系统
。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平换流器
(modular multilevel converter
，
MMC)
的直流输电技术具有明显优势
。
为了研究
MMC
的暂态特性，在电磁暂态仿真程序中开发不同应用目的的
MMC
模型已得到了大量的研究
。
大多数电磁暂态仿真程序使用
Dommel
的算法
。
应用梯形积分法，将所有动态元件转化为一个与电导并联的诺顿等效电流源，并建立全电路的导纳矩阵方程来求解电路
。
详细的开关模型可以准确地反映
IGBT
的开关特性和
MMC
的暂态特性，由于开关频率较高
(
通常在千赫兹水平
)
，较大规模的电路导纳矩阵必须在每次开关动作时频繁更新和操作，计算效率很低
。
详细的开关模型带来了巨大的计算负担和过长的计算时间
。
平均值模型主要适用于系统级控制器的研究，而不适用于
MMC
‑
HVDC
的详细响应，特别是针对直流电压和电流的暂态特性分析
。
[0003]为了克服详细建模在仿真效率上的不足，文献/>1[Gnanarathna U.N.,Gole A.M.,Jayasinghe R.P.Efficient modeling of modular multilevel HVDC converters(MMC)on electromagnetic transient simulation programs[J].IEEE Trans.Power Deliv.2011,26,316
–
324]提出了将详细模型进行等效的方法
。
基于戴维南等效电路，详细等效模型消除了电路内部的中间节点，大大提高了仿真效率
。
但是，由于子模块数量并未减少，等效模型的计算效率仍然较低
。
为了进一步提高仿真效率，文献
2[Xu J.,Gole A.,Zhao C..The use of averaged
‑
value model of modular multilevel converter in DC grid[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,30(2):519
‑
528.]建立了平均值模型
。
由于过于简化，平均值模型忽略了功率器件的开关动作和电容电压波动的影响，无法完全模拟桥臂的暂态特征
。
文献
3[Pei X.,Tang G.,Pang H.,et al.A general modeling approach for the MMC averaged
‑
value model in large
‑
scale DC grid[C].IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration(EI2).2017]将半桥平均值模型扩展到全桥型
、
双箝位型等
MMC
多种不同的子模块拓扑，但平均值模型很难在闭锁模式下获得准确的结果
。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于桥臂等效电容的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法及系统，在保证计算精度的前提下提高仿真速度
。
[0005]为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其包括：
[0006]1)
构建
MMC
各桥臂的全状态等效电路，
MMC
的桥臂采用全桥自模块级联；
[0007]2)
基于所述全状态等效电路建立
MMC
仿真模型，根据
MMC
子模块
t
‑
Δ
T
时刻的参数已知量，逐步解出
t
时刻的参数值；
t
表示仿真时间，
Δ
T
表示仿真步长
。
[0008]进一步地，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路用于仿真正常工作状态下和闭锁状态下的桥臂运行状态
。
[0009]进一步地，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路由一个等效电压源和一个等效电阻串联构成
。
[0010]进一步地，所述
MMC
子模块的参数已知量为桥臂电流
、
电容电压以及开关状态
。
[0011]进一步地，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路中，正常状态下正投入时各参数通过以下公式计算：
[0012][0013]其中，
U
Arm,EQ
(t
‑
Δ
T)
为
t
‑
Δ
T
时刻桥臂等效历史电压源的电压大小，
R2为开关器件关断时的电阻，
R1为开关器件导通时的电阻，
S
为开关函数，
U
CEQ
(t
‑
Δ
T)
为等效电容
C
EQ2
基于梯形积分法的等效电压源，
R
CEQ2
为第二等效电容
C
EQ2
基于梯形积分法的等效电阻，
R
Σ
＝
R1+R2+R
CEQ2
，
R
Arm,EQ
为桥臂等效电阻，
i
Arm
(t)
为等效电路代入网络进行联立求解出的桥臂电流，
i
′
Arm
(t)
为电容支路的电流，
i
C
(t)
为
t
时刻的子模块平均电容电流
。
[0014]更进一步地，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路中，正常状态下负投入时，
R1和
R2的位置互换即可
。
[0015]再一步地，所述第二等效电容
C
EQ2
反映桥臂输出电压和桥臂电流的关系，相关参数通过以下公式计算：
[0016][0017]其中，
C0是桥臂子模块的电容值，
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，包括：
1)
构建
MMC
各桥臂的全状态等效电路，
MMC
的桥臂采用全桥自模块级联；
2)
基于所述全状态等效电路建立
MMC
仿真模型，根据
MMC
子模块
t
‑
Δ
T
时刻的参数已知量，逐步解出
t
时刻的参数值；
t
表示仿真时间，
Δ
T
表示仿真步长
。2.
根据权利要求1所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路用于仿真正常工作状态下和闭锁状态下的桥臂运行状态
。3.
根据权利要求1所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路由一个等效电压源和一个等效电阻串联构成
。4.
根据权利要求1所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述
MMC
子模块的参数已知量为桥臂电流
、
电容电压以及开关状态
。5.
根据权利要求3所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路中，正常状态下正投入时各参数通过以下公式计算：其中，
U
Arm,EQ
(t
‑
Δ
T)
为
t
‑
Δ
T
时刻桥臂等效历史电压源的电压大小，
R2为开关器件关断时的电阻，
R1为开关器件导通时的电阻，
S
为开关函数，
U
CEQ
(t
‑
Δ
T)
为等效电容
C
EQ2
基于梯形积分法的等效电压源，
R
CEQ2
为第二等效电容
C
EQ2
基于梯形积分法的等效电阻，
R
Σ
＝
R1+R2+R
CEQ2
，
R
Arm,EQ
为桥臂等效电阻，
i
Arm
(t)
为等效电路代入网络进行联立求解出的桥臂电流，
i
′
Arm
(t)
为电容支路的电流，
i
C
(t)
为
t
时刻的子模块平均电容电流
。6.
根据权利要求5所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述
MMC
各桥臂的全状态等效电路中，正常状态下负投入时，
R1和
R2的位置互换即可
。7.
根据权利要求5或6所述的全桥子模块型
MMC
快速仿真方法，其特征在于，所述第二等效电容
C
EQ2
反映桥臂输出电压和桥臂电流的关系，相关参数通过以下公式计算：
其中，
C0是桥臂子模块的电容值，
S
rjx
是
j
相
r
桥臂第
x
个子模块的开关函数，
N
是桥臂子模块个...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘鹏，陆翌，陈骞，倪晓军，丁超，郑眉，谢浩铠，干方宇，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：