[發明專利]一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法

有效

• 申請號: 201210533981.7
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103116665A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 楊兵建;楊岳峰;謝敏華;王韌秋;湯廣福;包海龍;何維國
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;中電普瑞電力工程有限公司;上海市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力電子領域，具體涉及一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法。

背景技術

模塊化多電平（MMC）拓撲的提出促進了柔性直流輸電技術的發展，該拓撲使用模塊級聯來實現高電壓，避免了在高壓直流輸電領域應用時，數百個電力電子器件直流串聯所帶來的動靜態均壓問題，降低了對功率器件一致性的要求。然而模塊化多電平柔性直流換流閥的半導體器件數通常是兩電平/三電平拓撲器件數目的2次方，龐大的器件數量，給變換器的電磁暫態仿真帶來了很大挑戰。

直接使用PSCAD/EMTDC元件庫中的IGBT、二極管等元件搭建對應實際工程的MMC變換器，元件數量和模型節點數量龐大。為了模擬開關動作，在每個開關動作時刻，都要將一個大小為模型節點數的導納矩陣重新三角形化，并且每個元件都需要調用一次PSCAD和EMTDC之間的接口，仿真效率低，運行時間長。在S.P.Teeuwsen,“Simplified?dynamic?model?of?a?voltage-sourced?converter?with?modular?multilevelconverter?design,”presented?at?the?IEEE/Power?Eng.Soc.-Power?Systems?Conf.Expo.,Seattle,WA,Mar.2009中提出了模塊化多電平變換器的開關周期平均簡化模型，用于模擬該變換器的暫態和穩態過程，顯著提高了仿真速度，縮短了仿真時間。然而，由于在開關周期平均模型中，不單獨地模擬每一個電平，因此不能對變換器的異常情況（如單個子模塊故障）進行仿真。

本發明提出了一種基于戴維寧等效電路的MMC拓撲VSC-HVDC變換器高效電磁暫態仿真方法。該方法根據MMC拓撲換流器中串聯子模塊的戴維寧等效電路，在自定義模塊中編輯腳本來模擬子模塊行為，并用數組存儲各子模塊的狀態變量。從而減少了模型節點數量，以及接口程序調用次數，大幅提高的仿真效率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，減少了MMC拓撲變換器模型的節點數，仿真速度快，效率高。

本發明提供的一種MMC拓撲變換器高效電磁暫態仿真方法，其改進之處在于，

（1）建立子模塊的戴維寧等效電路，得到串聯子模塊的戴維寧等效電路；

（2）打開PSCAD，運行Fortran腳本編輯自定義模塊；

（3）用自定義模塊替換至少一個子模塊；

（4）在PSCAD的自定義模塊中用狀態位表示IGBT狀態，用數組表示電容電壓和子模塊電流等變量；

（5）用差分方程計算子模塊電容電壓和子模塊電流。

其中，步驟（1）建立子模塊的戴維寧等效電路的步驟包括：

1）將IGBT等效為雙態電阻；

2）確定IGBT開關狀態；

3）根據所述IGBT開關狀態，將子模塊等效為由電阻和電容構成的無源一端口網絡。

其中，在構成的無源一端口網絡時，使用梯形積分法，對電容電壓暫態方程進行離散化，得：