[發明專利]一種帶子模塊閉鎖功能的MMC等效建模方法

有效

• 申請號: 201310596858.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103605850B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 周楊;吳亞楠;賀之淵;魏曉光;高沖;羅湘;龐輝;楊杰
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中電普瑞電力工程有限公司;國網浙江省電力公司
• 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

1.一種帶子模塊閉鎖功能的MMC等效建模方法，所述MMC為三相六橋臂結構，每個橋臂由子模塊級聯組成；所述子模塊包括并聯的IGBT串聯支路和電容器支路；所述IGBT串聯支路由兩個串聯的IGBT模塊組成；其特征在于，子模塊的等效電路包括：將所述子模塊的IGBT串聯支路等效為電阻串聯支路；將所述電容器支路等效為電阻和電源串聯支路；所述方法包括下述步驟：

①確定子模塊等效電路的等效電壓V_sm和等效電阻R_smEQ；

②確定等效電路參數；

所述IGBT模塊包括IGBT模塊I和IGBT模塊II，IGBT模塊I和IGBT模塊II均由IGBT器件以及與其反并聯的二極管組成；IGBT器件包括上管T₁和下管T₂；所述電阻串聯支路由電阻R₁和電阻R₂串聯組成，其中R₁為IGBT模塊I的等效電阻；R₂為IGBT模塊II的等效電阻；

所述電阻和電源串聯支路由串聯的電阻R_c和電源V_cEQ組成；其中R_c為電容器的等效電阻，V_cEQ為電容器的等效電壓；

所述子模塊的工作狀態包括：閉鎖狀態，旁路狀態和投入狀態；

若三相六橋臂結構的MMC單個橋臂包括6個級聯的子模塊，其中兩個子模塊處于閉鎖狀態，兩個子模塊處于投入狀態，另外兩個子模塊處于旁路狀態；將MMC單個橋臂等效為并聯的二極管串聯支路以及閉鎖狀態的兩個子模塊和投入狀態的兩個子模塊串聯支路，每個子模塊等效為并聯的二極管D、電容器C和均壓電阻R；所述二極管串聯支路由串聯的續流二極管D1和D2組成；

所述步驟①包括：根據基爾霍夫定律計算電容器電壓V_c，子模塊等效電壓V_sm和子模塊等效電阻R_smEQ的數學表達式分別如下：

$V_c\left(t\right)=V_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×\[I_c(t-\mathrm{\Δ}T)+\frac{I_{arm}\left(t\right)\×R_2-V_{cEQ}\left(t\right)}{R_1+R_2+R_c}\]---\left(1\right);$

$R_{smEQ}=R_2\×(1-\frac{R_2}{R_1+R_2+R_c})---\left(2\right);$

V_sm(t)＝V_sm(t-ΔT)+R_smEQ×I_arm(t) (3)；

其中：ΔT為子模塊仿真步長，V_c(t-ΔT)表示上一時刻電容電壓；I_c(t-ΔT)表示上一時刻電容電流；I_arm為橋臂電流；C為子模塊電容容值，V_sm(t-ΔT)為上一時刻子模塊等效電壓；

對于一個N級聯的MMC，每個橋臂包含有N個子模塊，橋臂等效電壓U_eq和橋臂等效電阻R_eq分別表示為：

$U_{eq}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{V}_{smi}\left(t\right)---\left(4\right);$

$R_{eq}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{R}_{smEQi}\left(t\right)---\left(5\right);$

式中，V_smi和R_smEQi分別為第i(i＝1～N)個子模塊等效電壓和等效電阻；

所述步驟②中，確定子模塊在閉鎖狀態，旁路狀態和投入狀態下的等效電路參數，所述等效電路參數包括電容器電壓V_c，子模塊等效電壓V_sm和子模塊等效電阻R_smEQ；所述IGBT器件T₁和T₂的導通電阻用R_Gon表示，二極管的導通電阻用R_Don表示，IGBT器件T₁和T₂以及二極管的關斷電阻用R_off表示；

子模塊在投入狀態且橋臂電流為正方向時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_Don；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_off；橋臂電流方向為負時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_Gon；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_off；

子模塊在旁路狀態且橋臂電流為正方向時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_off；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_Gon；橋臂電流方向為負時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_off；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_Don；

子模塊在閉鎖狀態且橋臂電流為正方向時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_Don；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_off；橋臂電流方向為負時，IGBT模塊I的等效電阻R₁為R_off；IGBT模塊II的等效電阻R₂為R_Don；

當R_Don≈R_Gon≈0，R_off≈∞時，

且當子模塊在投入狀態時，電容器電壓V_c，子模塊等效電壓V_sm和子模塊等效電阻R_smEQ用下述表達式組表示：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_c\left(t\right)\≈V_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_{arm}\left(t\right)\\ R_{smEQ}\≈R_1+R_c\\ V_{sm}\left(t\right)\≈V_{sm}(t-\mathrm{\Δ}T)+R_{smEQ}\×I_{arm}\left(t\right)\end{array}\right.---\left(6\right);$

且當子模塊在旁路狀態時，電容器電壓V_c，子模塊等效電壓V_sm和子模塊等效電阻R_smEQ用下述表達式組表示：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_c\left(t\right)\≈V_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_c(t-\mathrm{\Δ}T)\\ R_{smEQ}\≈0\\ V_{sm}\left(t\right)\≈V_{sm}(t-\mathrm{\Δ}T)\end{array}\right.---\left(7\right);$

且當子模塊在閉鎖狀態時，電容器電壓V_c，子模塊等效電壓V_sm和子模塊等效電阻R_smEQ用下述表達式組表示：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_c\left(t\right)\≈V_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_{arm}\left(t\right)\\ R_{smEQ}\≈R_1+R_c\\ V_{sm}\left(t\right)\≈V_{sm}(t-\mathrm{\Δ}T)+R_{smEQ}\×I_{arm}\left(t\right)\end{array}\right.,(I_{arm}\>0)---\left(8\right);$

$\left\{\begin{array}{c}{V}_c\left(t\right)\≈V_c(t-\mathrm{\Δ}T)+R_c\×I_c(t-\mathrm{\Δ}T)\\ R_{smEQ}\≈0\\ V_{sm}\left(t\right)\≈V_{sm}(t-\mathrm{\Δ}T)\end{array}\right.,(I_{arm}\<0)---\left(9\right).$