一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，对每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，建立换流器等效模型，从而使得拓扑内部信息均保留；搭建换流器等效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对仿真拓扑求解，基于所得桥臂电流信息，计算更新模块内部电容、电感信息，当混合子模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电压未全部满足电路关联方向，则更新每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，返回建立换流器等效模型步骤，直到混合子模块两个交流端口电流及计算得到两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。足电路关联方向为止。足电路关联方向为止。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法


[0001]本专利技术涉及换流器
，具体涉及一种多端口混合模块化多电 平换流器电磁仿真方法。

技术介绍

[0002]用于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)仿真 的常用电磁暂态仿真工具主要有两种：PSCAD/EMTDC、Matlab
‑
Simulink 与RTDS。由于MMC单个桥臂所需要串联的子模块数量将随着直流电压等 级以及传输功率的增大而增多，过多的子模块数量将给换流器的仿真建模 带来很大的工作量。存在模型搭建困难、仿真速度慢等问题。
[0003]目前MMC电磁暂态快速发仿真模型分为两类：可以精确仿真每个子 模块电容电压充、放电的详细模型，不可以精确仿真每个子模块电容电压 充、放电的平均值模型。详细模型包括基于受控源的MMC通用等效模型 和基于戴维南等效的MMC仿真模型。基于受控源的MMC通用提速模型 具有容易实现、一次系统可视化程度强以及可以仿真开关器件级别的插值 和故障等优点，但适用条件有所限制。MMC戴维南等效整体模型兼具仿 真精度和计算效率都较高的特点，突破性地实现了模型的计算复杂度与仿 真规模的线性增长。戴维南等效模型适用的前提是全部子模块必须流过相 同的桥臂电流，单端口子模块必然满足这一条件，而双端口子模块因为包 含4个端子，相邻子模块间电流流通路径复杂多变，无法满足这一条件， 因此目前戴维南模型均为单端口型。平均值模型无法体现MMC内部信息， 只能体现外特性，在电容均压控制策略研究时无法使用。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的MMC戴维南 等效整体模型不适应于包含双端口子模块的MMC的缺陷，从而提供一种 多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方 法，换流器由多个桥臂构成，每个半桥臂均由半桥子模块电路及混合子模 块电路串联构成，半桥子模块电路由多个单端口的半桥子模块构成，混合 子模块电路由多个双端口的混合子模块构成，电磁仿真方法包括：步骤S11： 对每个桥臂上的每个子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散 化等效电路，并对于每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得 到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴 维南等效电路；步骤S12：根据换流器拓扑结构，将每个桥臂上的半桥子模 块的单端口戴维南等效电路、每个桥臂上的混合子模块的双端口戴维南等 效电路建立连接关系，得到换流器的等效模型；步骤S13：搭建换流器的等 效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对仿真拓扑求解，得到换流 器每个桥臂电流信息及混合子模块两个交流端口电流，基于桥臂电流信息、 每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，反向计算每个混合子模块两个 交流端口
电压；步骤S14：判断混合子模块两个交流端口电流及计算得到的 混合子模块两个交流端口电压是否满足电路关联方向；步骤S15：当混合子 模块两个交流端口电流及计算得到的混合子模块两个交流端口电压未全部 满足电路关联方向，则根据全桥内部电流信息更改开关器件的等效电阻值， 更新换流器的等效模型，返回步骤S13，直到混合子模块两个交流端口电流 及计算得到的混合子模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。
[0007]在一实施例中，半桥子模块由开关器件、电容构成，对每个桥臂上的 每个半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路 的过程，包括：利用梯形积分法，分别对电容进行离散，将电容均离散散 成戴维南等效电路；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电 阻。
[0008]在一实施例中，混合子模块由开关器件、电容、电感及变压器构成， 对每个桥臂上的每个混合半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模 块的离散化等效电路的过程，包括：利用梯形积分法分别对电容、电感进 行离散；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻；将变压 器等效为理想变压器与原边电感、原边电阻、副边电感、副边电阻、励磁 电感、励磁电阻的形式，并且利用梯形积分法分别对原边电感、副边电感、 励磁电感、进行离散。
[0009]在一实施例中，对于每个混合子模块的离散化等效电路，利用戴维南 定理，得到每个混合子模块的双端口戴维南等效电路的过程，包括：对于 每个混合子模块的离散化等效电路，从理想变压器的副边电路向原边电路 的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路，并从理想变压器的原边电路 向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路；通过戴维南等效 将每个混合子模块的原边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口， 得到原边端口戴维南等效电路，将每个混合子模块的副边等效电路等效成 一个电压源和电阻串联的端口，得到副边端口戴维南等效电路。
[0010]在一实施例中，从理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维 南等效，得到原边等效电路的过程，包括：将理想变压器的副边电路均戴 维南等效，求出理想变压器副边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压 器副边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器原边，从原边电路靠近理 想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到原边等效电路。
[0011]在一实施例中，从理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维 南等效，得到副边等效电路的过程，包括：将理想变压器的原边电路均戴 维南等效，求出理想变压器原边的等效电压和等效电阻；将所求理想变压 器原边的等效电压和等效电阻折算到理想变压器副边，从副边电路靠近理 想变压器侧开始逐步进行逐步戴维南等效，得到副边等效电路。
[0012]在一实施例中，得到换流器的等效模型的过程，包括：同一半桥臂上 所有半桥子模块的单端口戴维南等效电路的输入端串联连接，构成该半桥 臂的半桥子模块电路的简化电路；同一半桥臂上所有混合子模块的双端口 戴维南等效电路的原边端口串联连接、副边端口并联连接，构成该半桥臂 的混合子模块电路的简化电路；同一半桥臂上的半桥子模块电路的简化电 路与混合子模块电路的简化电路的原边串联连接后，构成该半桥臂的简化 电路；同一相上下桥臂的简化电路串联后构成该桥臂的简化电路，不同相 桥臂的简化电路并联，得到换流器的输入端口和高压输出端口，所有半桥 臂的所有混合子模块的双端
口戴维南等效电路的副边端口并联，得到换流 器的低压输出端口。
[0013]在一实施例中，反向计算每个混合子模块两个交流端口电压的过程， 包括：将每个混合子模块的原边端口戴维南等效电路还原；根据桥臂电流， 计算流过还原后的原边端口戴维南等效电路的每个支路的电流、每个半桥 子模块内部的电容电流，并求得流过还原后的原边端口戴维南等效电路的 内部所有电容电流、电感电流；根据每个支路的电流，计算每个混合子模 块内部的开关器件的导通压降，并利用每个半桥子模块及每个混合子模块 的电容电流、电感电流，更新离散化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述换流器由多个桥臂构成，每个半桥臂均由半桥子模块电路及混合子模块电路串联构成，半桥子模块电路由多个串联连接的单端口的半桥子模块构成，混合子模块由多个输入串联输出并联电路的双端口的混合子模块构成，所述电磁仿真方法包括：步骤S11：对每个桥臂上的每个子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路，并对于每个子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路；步骤S12：根据所述换流器拓扑结构，将每个桥臂上的半桥子模块的单端口戴维南等效电路、每个桥臂上的混合子模块的双端口戴维南等效电路建立连接关系，得到所述换流器的等效模型；步骤S13：搭建所述换流器的等效模型的仿真拓扑，并利用电磁暂态仿真软件对所述仿真拓扑求解，得到所述换流器每个桥臂电流信息及所述混合子模块两个交流端口电流，基于所述桥臂电流信息、每个混合子模块的双端口戴维南等效电路，反向计算每个所述混合子模块两个交流端口电压；步骤S14：判断所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压是否满足电路关联方向；步骤S15：当所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压未全部满足电路关联方向，则根据全桥内部电流信息更改开关器件的等效电阻值，更新换流器的等效模型，返回步骤S13，直到所述混合子模块两个交流端口电流及计算得到的所述混合子模块两个交流端口电压全部满足电路关联方向为止。2.根据权利要求1所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述半桥子模块由开关器件、电容构成，对每个桥臂上的每个半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路的过程，包括：利用梯形积分法，分别对所述电容进行离散，将电容均离散散成戴维南等效电路；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻。3.根据权利要求2所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，所述混合子模块由开关器件、电容、电感及变压器构成，对每个桥臂上的每个混合半桥子模块内的元器件进行离散，得到每个子模块的离散化等效电路的过程，包括：利用梯形积分法分别对所述电容、电感进行离散；基于开关器件的开关信号，将开关器件等效为可变电阻；将所述变压器等效为理想变压器与原边电感、原边电阻、副边电感、副边电阻、励磁电感、励磁电阻的形式，并且利用梯形积分法分别对所述原边电感、副边电感、励磁电感、进行离散。4.根据权利要求3所述的多端口混合模块化多电平换流器电磁仿真方法，其特征在于，对于每个混合子模块的离散化等效电路，利用戴维南定理，得到每个混合子模块的双端口戴维南等效电路的过程，包括：对于每个混合子模块的离散化等效电路，从所述理想变压器的副边电路向原边电路的方向进行戴维南等效，得到原边等效电路，并从所述理想变压器的原边电路向副边电路的方向进行戴维南等效，得到副边等效电路；
通过戴维南等效将每个混合子模块的原边等效电路等效成一个电压源和电阻串联的端口，得到原边端口戴维南等效电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新颖，王以璇，冀肖彤，柳丹，林志光，邓卫华，吕铮，陈凯龙，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司国网湖北省电力有限公司国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：