[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

技術領域

本發明涉及MMC換流器子模塊的建模方法，具體涉及一種帶子模塊閉鎖功能的MMC等效建模方法。

背景技術

隨著環境問題的突出和能源危機的加劇，風能、太陽能等可再生能源發電得到了突飛猛進的發展。輕型直流輸電技術作為清潔能源并網的有效手段，受到了越來越多人的重視。基于兩電平或者三電平換流技術的柔性直流輸電技術，交流側電壓諧波含量高，需要體積龐大的交流濾波器，增加了換流站的成本和占地。另一方面，隨著電壓等級的升高，器件均壓和器件損耗也使兩電平或者三電平柔性直流輸電技術面臨重大挑戰。模塊化多電平換流技術（Modular Multilevel Converter,MMC）作為一種新型的換流技術，它模塊化程度高，易于擴展，可以實現任意電平輸出，在柔性直流輸電領域具有明顯優勢。

然而，在MMC電磁暫態仿真過程中，隨著子模塊數目的增加，需要對大量電力電子器件進行計算，極大的增加了仿真負擔和仿真用時。以m端直流輸電系統為例，每一個換流站級聯數為n，那么，仿真過程中需要對12mn個IGBT和二極管進行計算。每一次IGBT開通和關斷過程都需要對節點矩陣求倒，隨著節點數的增加求倒過程越來越復雜，計算量也越來越大。另一方面，為了能夠精確模擬每一次IGBT開通和關斷過程，仿真步長必須足夠小。因此，綜合考慮以上因素，采用實際模型對級聯數較高的模塊化多電平換流器仿真研究不太切合實際。如何快速準確的對MMC換流器電磁暫態仿真，并實現完備的子模塊功能是設計的難點所在。

柔性直流輸電技術靈活的應用性能，使其在城市電網互聯、新能源并網以及無源負荷供電等領域有著極其廣闊的應用前景，而MMC是最近幾年興起的一種嶄新的適用于高壓柔性直流輸電技術領域的換流器，它的出現打破了原有的兩電平拓撲獨占柔性直流輸電領域的局面，拓寬了柔性直流輸電技術應用過程中的可選擇方案。

然而，在MMC換流器電磁暫態仿真過程中，需要模擬大量的電力電子期間，增大了仿真負擔，在級聯數較高時需要采用等效模型計算。目前MMC等效建模有很多，但是均未涉及子模塊閉鎖功能，只能對MMC換流器正常運行狀態等效。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種帶子模塊閉鎖功能的MMC等效建模方法，該方法可以準確快速的對模塊化多電平換流器進行電磁暫態仿真，并且具有子模塊閉鎖功能，極大的提高了仿真效率，降低了仿真用時。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供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；其改進之處在于，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。

進一步地，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。

進一步地，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。

進一步地，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：